在農村的養豬場旁，或是城市的醫院下水道里，常有一種“隱形污染”——抗生素廢水。比如四環素，這種廣泛用于畜禽養殖和人類醫療的廣譜抗生素，若未經處理排入水體，會通過食物鏈積累，威脅生態和人體健康。傳統光催化技術雖能降解，但催化劑易團聚、難回收，實際應用受限。我國天津工業大學團隊在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》期刊上公布了一項新成果：用天然纖維素和殼聚糖做成“海綿骨架”，再“種”上硫化銦鋅納米顆粒，制成可吸附-光催化協同的新材料，在陽光下4小時能去除91.5%的四環素，且能重復用8次。

傳統光催化的“痛點”：難回收、效率低

光催化降解是目前處理抗生素廢水的熱門技術——用催化劑吸收光能，產生自由基分解污染物。但常用的粉末狀催化劑（比如硫化銦鋅）有兩個大問題：一是納米顆粒容易“抱團”，減少有效反應面積；二是降解后難從水中回收，可能造成二次污染。更麻煩的是，單純依賴光催化，污染物濃度低時反應效率不高，濃度高時又容易“堵”住催化劑表面，影響降解效果。

天然海綿“搭骨架”：吸附+光催化雙管齊下

研究團隊想到了“雙保險”策略：用天然高分子材料（纖維素和殼聚糖）做海綿骨架，既提供吸附位點“抓”住污染物，又作為載體固定硫化銦鋅納米顆粒，防止團聚。具體怎么做？先把纖維素和殼聚糖分別制成黃原酸鹽溶液，混合后加入鋅、銦的金屬鹽，再通過水熱反應讓黃原酸鹽分解，釋放硫離子與金屬離子結合，原位生長出硫化銦鋅納米顆粒（約15nm），同時形成多孔海綿結構（孔徑150-500μm）。

這樣的設計有啥好處？纖維素和殼聚糖表面有大量羥基、氨基等“吸附小鉤子”，能通過靜電吸引和氫鍵快速“吸住”四環素分子；而硫化銦鋅納米顆粒均勻分散在海綿骨架上，吸收陽光后產生電子-空穴對，生成超氧自由基（?O2?）和空穴（h?）等活性物質，把吸附的四環素一步步分解成二氧化碳和水。

實驗數據：陽光4小時去九成，重復用8次仍有效

測試結果很亮眼：在10mg/L的四環素溶液中，這種復合海綿（稱為ZnInCCS）在陽光下照射240分鐘，去除率高達91.5%，比單純用硫化銦鋅粉末（70%）和普通海綿（無降解能力）強得多。更關鍵的是，它能“邊吸邊降解”——吸附飽和后，光催化分解污染物，騰出吸附位點繼續“抓”新的污染物，形成循環。

耐用性也不錯：重復使用8次后，去除率仍保持72%。團隊分析，這是因為硫化銦鋅納米顆粒牢牢“長”在海綿骨架上，多次使用后結構沒明顯變化。戶外測試更驗證了實用性：夏天戶外環境下，20cm×20cm×5cm的容器中，150分鐘就能降解90%的四環素。

局限與未來：向規模化應用再邁一步

當然，目前材料還有優化空間。比如，高濃度四環素（30mg/L）時去除率會下降，可能是污染物“堵”住了吸附位點；多次使用后效率降低，需要更徹底的再生方法（比如切割成小塊）。團隊下一步計劃優化制備工藝，提升材料對復雜廢水（含其他污染物）的適應性，同時探索其在工業廢水處理中的規模化應用。

這種“天然材料+光催化”的設計，既解決了傳統催化劑難回收的問題，又利用了吸附-降解的協同效應，為抗生素廢水治理提供了更環保、高效的新思路。未來，類似的“海綿光催化劑”或許能出現在更多污水處理廠，讓陽光成為降解污染物的“綠色幫手”。

來源: 化學工程前沿FCSE