我们经常从新闻报道中看到水体或土壤中铬含量超标带来的环境污染和健康隐患,并且铬污染已经成为一个世界性的问题。
铬(Cr)通常以两种氧化态存在,即三价Cr(Ⅲ)和六价Cr(Ⅵ),其毒性的大小取决于氧化态。
痕量的Cr(III)对人类和许多植物的代谢系统都是必不可少的,仅在高浓度时才会有毒性。
Cr(Ⅵ)阴离子,包括CrO42-和Cr2O72-是已知的致癌物,具有遗传毒性,可导致DNA损伤和癌性肿瘤的形成。所以在日常可能接触的环节,应该受到严格的管控,比如农业种植和日常饮水环节。
迄今为止,去除Cr(Ⅵ)的主要方法还是化学方法,但化学方法容易产生固体废物,造成二次污染。近些年,随着生物吸附剂和离子交换指数的的研究和技术的发展,基于固体吸附剂或是其他新型吸附材料来替代传统化学方法,通过捕获Cr(Ⅵ)的方式除去水中Cr(Ⅵ)已经在实际应用上具有了可操作性和商业化的可能。
图片来源:AlainHerzog/EPFL最近,有化学家发表在JournalofMaterialsChemistryA的报道介绍了一种新型的金属有机骨架(MOF)的复合聚合物材料,用更节能高效的方法,从水中吸附六价铬,并在光催化下还原为三价铬,实现水体的净化。
他们设计的MOF材料为Zr-BDC-(NH2)2,这是一种粉末状的材料,多孔结构,使得比表面积足够大能够有效吸附目标物质Cr(Ⅵ),同时兼作光催化剂。为了提高设计材料的亲水性,采用一种特殊的聚合物,MOF粉末掺杂一起形成聚合物珠粒。
这种复合聚合物颗粒放入含Cr(Ⅵ)的溶液中,能够高效、高选择性地捕获Cr(Ⅵ),使其浓度降至可饮用的水平。并且吸附的Cr(Ⅵ)通过可见光照射,光催化还原为相对无毒的Cr(Ⅲ)。
值得注意的是,这种吸附-光还原的循环过程是可持续的。
研究的作者说:“这是迄今为止报道的最高的Cr(Ⅵ)吸收能力的材料之一。”在实验室条件下,每克MOF可以提取约毫克的Cr(Ⅵ),并且这种材料制造起来相对容易且成本低廉,为商业化应用奠定了基础。当然,如果要在实验室之外实施本套净化系统,进行大规模商业化应用,还需要进一步进行针对性的工艺改进。
但是利用MOF材料吸附技术,未来开发更多的针对其他物质(比如汞和铅等)的复合材料具有重要的借鉴意义。
正如本报道的研究人员说:“提供清洁的水是我们这个时代最重要的挑战之一。”“开发能快速去除水污染的节能工艺,在全球范围内改善人类健康和生活环境起着重要的作用。
更多信息:BardiyaValizadehetal.,AnovelintegratedCr(VI)adsorption–photoreductionsystemusingMOF
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