新型纳米材料的合成和在制药废水污染控制中的应用

来源：药学进展

近年来，沈阳药科大学制药工程学院侯晓虹教授课题组致力于金属有机骨架（MOFs）的合成和其相关材料在水污染控制中的应用研究，构建了一系列代表性的MOFs材料等用于制药废水的处理，取得多项重要成果。

MIL-101(Cr)为MOFs的代表物之一，比表面积大、具有大量的金属空位点和优良的水、溶剂和热稳定性。这些特点使得MIL-101(Cr)在吸附领域具有潜在的应用价值。为了解决纳米MIL-101(Cr)材料固液分离困难的问题，课题组王婷等通过还原沉淀法制备了具有磁分离特性的Fe3O4/MIL-101(Cr)（Chemical Engineering Journal, 2016, 295: 403-413,IF=8.355；授权专利：ZL201510617116.4）。该法弥补了共沉淀法制备四氧化三铁中Fe2+极易氧化为Fe3+，因而产物中的Fe2+与Fe3+比例很难准确地控制为1:2，导致产物存在杂相的缺点。该方法制备的材料质量稳定、可控，有效地增强了材料的机械强度，避免了团聚现象。该磁性颗粒既保留了MIL-101(Cr)的良好吸附性，分散性好，又可磁性分离。研究以典型的酸性染料酸性红1与橙黄G为模型，采用批吸附实验方法研究了Fe3O4/MIL-101(Cr)复合材料对目标物的吸附行为和吸附性能（见图1）。

图1Fe3O4/MIL-101(Cr)对酸性红1和橙黄G的吸附机理示意

传统磁性MOFs的合成通常需要数小时甚至数天，阻碍了磁性MOFs在废水处理中的大规模应用。针对这一问题，课题组胡奇等通过微波法快速制备了Fe3O4@MIL-100(Fe)复合材料（Journal of Hazardous Materials, 2019, 373: 408-416,IF=7.650）。研究以均苯三甲酸为配体，Fe3O4作为金属前体，耗时仅30分钟合成了Fe3O4@MIL-100(Fe)复合材料。使用该材料吸附和催化降解了水中的非甾体抗炎药–双氯芬酸钠，探索了材料对目标污染物的吸附性能、光催化性能和类芬顿氧化能力（见图2）。

图2 Fe3O4@MIL-100(Fe)的制备及其对水中双氯芬酸钠的吸附降解过程示意

此外，侯晓虹等也采用微波法合成了MIL-53(Al)（Analytica Chimica Acta, 2018, 1023: 35-43,IF=5.256），合成方法节能环保，所得材料性质稳定、产率高。并针对传统均相芬顿法出水铁离子浓度高等问题，开展了制备高效非均相催化剂降解水中有机污染物的研究。课题组张聪璐等利用浸入氧化沉淀法制备了Fe3O4/CeO2复合纳米材料，并将其作为非均相类Fenton法催化剂，用于水中染料和药物等难降解有机污染物的高效催化降解，并进一步通过分析降解产物，揭示其高效降解的分子机制（Chemosphere, 2017, 168, 254-263,IF=5.108）。课题组胡奇等使用活性炭负载Fe3O4和CeO2，构建非均相催化剂用于氧化水中的橙黄G和氧氟沙星，并对降解工艺进行了优化，推断了其可能的降解途径（Journal of Molecular Catalysis. A - Chemical, 2019, 456: 61-67, IF=5.008）；课题组胡奇等使用氨基功能化磁性MOF固定生物酶用于吸附降解水中的2,4-二氯苯酚，实现了水中有机物的快速高效去除，同时，大幅提高了复合材料的重复利用性能（Chemosphere, 2019, 233, 327-335,IF=5.108）。