纺织、化妆品、油墨、造纸等生产企业大量排放的染料具有高毒性，会给废水带来潜在的致癌物质。这是废水处理的一个主要问题，但德雷塞尔大学工程学院的研究人员可能已经找到了解决方案，使用微小的纳米丝。

研究负责人、工程学院杰出大学教授MichelBarsoum博士及其团队(包括德雷克塞尔艺术与科学学院的研究人员)发现，一维纤铁矿结构的氧化钛光催化剂材料具有以下能力：在可见光谱下分解两种常见的染料污染物——罗丹明6G和结晶紫。

当起始催化剂与染料的质量比为1比1时，该材料还可以在短短30分钟内将水中的染料浓度分别降低90%和64%。

巴苏姆说：“这是一个令人兴奋的发现，因为它有助于解决水处理过程中真正面临的挑战。”“我们预计，将我们的氧化钛光催化剂整合到当前的工艺中可以提高其去除这些化学物质的效率，并减少去除所需的能量。”

该过程从吸附开始，染料粘附在纳米丝的表面，一旦被照射就会发生光催化。该染料使纳米丝对可见光敏感。这个过程加速了降解，使染料分解成无害的副产物，如二氧化碳和水。

这项研究最近发表在《Matter》杂志上，发现染料降解和自敏化过程的关键是材料产生电子空穴和所谓“ROS”的能力——羟基、超氧化物和单线态氧、自由基，如以及电子“空穴”。

这两种染料目标通常出现在废水中的染料驱动废水中。废水，字面意思是流出的东西，与废水中的污水不同。固体废物可以在水净化之前过滤、去除。废水悬浮在水中，难以分离和去除。

罗丹明6G是一种呫吨衍生染料，主要用于木材加工、纸张染色、钢笔墨水和化妆品。结晶紫是一种三苯甲烷染料，用于给墨水和纺织品染色。这些染料是水溶性的，任何多余的染料都会作为废水排出。

废水是世界范围内的一个主要环境问题，其存在对人类、水生植物和动物的健康产生长期影响。全球家庭和工业每年产生近3800亿立方吨废水。由于处理中的挑战，包括高能耗、残留化学物质的存在、处理中心人员配备以及对包括染料在内的复杂和持久污染物的处理不足，其中只有24%得到充分处理。

研究人员表示，由于染料复杂的分子结构和水溶性，最常见的废水处理方法，如沉淀、生物氧化和化学物理处理，在去除染料方面效果不佳。

以前也使用过粘土材料、活性炭、氧化铁和咖啡渣等天然材料的吸附，并且表现出高阳离子染料吸收、交换离子或形成键。然而，这些材料只是允许染料从水中分离——染料仍然存在并且简单地附着在废水中的吸附材料上。

光催化剂长期以来被认为是去除水中染料的关键，但迄今为止尚未产生可持续的解决方案。Barsoum表示，许多光催化剂通常需要紫外线处理，这会消耗大量能量。新型纳米丝的影响在于其自敏化行为，这使得纳米丝对可见光更加敏感。

“使用可见光(人眼可以看到的光)，如太阳或其他模拟光源，可以显着降低与处理相关的财务和能源消耗成本，同时仍然可以非常有效地去除废水中的染料，消除有毒物质。材料科学与工程系巴苏姆研究小组的博士生、该论文的第一作者亚当·沃尔特(AdamWalter)说。

“这也为扩展到太阳能电池或光学设备等其他领域提供了令人兴奋的机会。”

结果是：更清洁的水，无需使用额外的毒素或额外的能量。

为了进行这项研究，研究小组使用X射线衍射来表征纳米材料中原子的排列。他们通过扫描和透射电子显微镜进一步表征了纳米材料，扫描电子显微镜向材料发送电子束以形成图像。

为了监测染料脱色，该团队使用紫外可见光谱监测样品，并通过化学需氧量量化矿化。该研究详细介绍了纳米丝的结构和光学特性，以及该材料由于其对研究中测试的两种染料的吸附效率而在废水处理方面的前景。

该研究最重要的发现之一是强有力的证据表明纳米丝对染料敏感，代表添加剂和废水的共生关系，从而产生更清洁、毒性更小的水。沃尔特说，思考这个问题的一种方法是，染料会催化其自身的破坏。

此外，虽然这项研究证明纳米丝可以用来提高水处理能力，但它也首次证明了该材料可以敏化，为太阳能电池和光学设备中的其他应用打开了大门。今年早些时候，该团队对同一种纳米丝进行了研究，发现可以利用阳光进行氢分离，从而释放其在绿色燃料生产方面的潜力。

“我们才刚刚开始发现这种材料的可能性，”巴苏姆说。“随着我们更好地了解实现其行为的过程，我们预计会探索新的应用程序，以提高世界迈向更可持续的未来所需的技术性能。”

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