你可能不知道，日常用的抗生素廢水里藏著“生態炸彈”——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，若未經處理排入河流，會通過食物鏈在魚、蝦體內積累，甚至威脅人類健康。傳統光催化技術雖能降解，但催化劑容易“抱團”失效，還難從水里撈出來重復用。我國天津工業大學團隊最近在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》期刊上亮出“新招”：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，制成能“邊吸邊降解”的新材料，陽光下4小時能去掉91.5%的四環素，重復用8次還能保持72%的效率。

傳統光催化的“卡脖子”難題：難回收、效率低

光催化降解是目前處理抗生素廢水的“明星技術”——催化劑吸收光能后，能產生自由基“撕碎”污染物分子。但常用的粉末狀催化劑（比如硫化銦鋅）有兩大硬傷：一是納米顆粒太小，容易“抱團”成塊，反應面積驟減；二是降解完后像撒在水里的面粉，根本撈不回來，反而可能造成二次污染。更頭疼的是，單純靠光催化，污染物濃度低時反應慢，濃度高時又容易“糊”在催化劑表面，效率反而下降。

天然海綿“搭臺”：吸附+光催化“雙劍合璧”

團隊想到了“組合拳”策略：用天然高分子材料（纖維素和殼聚糖）做“海綿骨架”，既當“吸附手”又當“固定架”。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“長”出硫化銦鋅納米顆粒（直徑約15nm），同時形成多孔海綿結構（孔徑150-500μm，像塊“蜂窩糖”）。

這樣的設計有多聰明？纖維素和殼聚糖表面有大量羥基、氨基，像“小鉤子”一樣，能通過靜電吸引和氫鍵快速“抓住”四環素分子；而硫化銦鋅納米顆粒均勻“釘”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“降解武器”，把吸附的四環素一步步分解成二氧化碳和水。簡單說，就是“先吸過來，再降解掉”，形成循環工作模式。

實驗結果：陽光4小時去九成，重復用8次仍能打

測試數據讓人眼前一亮：在10mg/L的四環素溶液中，這種復合海綿（叫ZnInCCS）在陽光下照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。更絕的是它“邊吸邊降解”——吸附飽和后，光催化分解污染物，騰出“小鉤子”繼續抓新的四環素，效率比“先吸附再降解”模式高21.5%。

耐用性也經得住考驗：重復用8次后，去除率還剩72%。團隊用電子顯微鏡觀察發現，硫化銦鋅納米顆粒依然牢牢“長”在海綿骨架上，結構沒明顯變化。戶外實測更接地氣：夏天把它泡在戶外的四環素溶液里，150分鐘降解率達到90%，證明在真實環境里也能“干活”。

小遺憾與大方向：向復雜廢水“進軍”

當然，技術還有優化空間。比如，四環素濃度升到30mg/L時，去除率會下降，可能是“小鉤子”被污染物“堵”住了；多次使用后效率降低，需要更徹底的再生方法（比如把海綿切成小塊）。團隊下一步打算優化制備工藝，讓材料能同時處理含多種污染物的復雜廢水，還要探索在工業污水處理中的規?；瘧谩?/p>

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，又用“吸附-降解”協同效應提升了效率，為抗生素廢水治理提供了更環保、更實用的新思路。未來，或許在污水處理廠的水池里，這種“會降解的海綿”能成為陽光驅動的“凈化小衛士”，讓抗生素污染不再是“生態炸彈”。

來源: 化學工程前沿FCSE