通过绿色路线合成的 MIL-100(Fe) 在下一代光-Fenton 处理中的应用，用于可持续治理制药废水

为何清除药物污染的水很重要

许多人服用对乙酰氨基酚（也称为扑热息痛）等止痛药时并不在意。人体吸收所需部分后，剩余的药物会被冲走并最终进入河流、湖泊，甚至饮用水源。由于这些药物分子难以降解，它们可能损害水生生物并对人类健康构成长期风险。本研究探索了一种更环保的方法，利用一种精心设计的多孔材料与简单的光驱动化学反应，从废水中去除对乙酰氨基酚，目标是在不增加大量能耗或化学投入的前提下实现更清洁的水质。

一种用于清除顽固污染物的新型海绵状材料

研究人员聚焦于一类称为金属–有机框架（MOF）的材料，这类材料类似由金属簇和有机连接体构成的超多孔“海绵”。他们使用了广为人知的铁基材料 MIL-100(Fe)，并制备出一种改良型称为 RTG-MIL-100(Fe)。与许多需要高温和有毒溶剂制备的先进材料不同，这种材料在室温下、无溶剂条件下通过简单的研磨步骤并借助普通的碘化钾（常见盐类）即可制得。所得材料更易且更环保地生产，同时仍保有大量微孔和活性铁位点，适合用于净化被污染的水体。

光和过氧化物如何联手分解药物残留

为去除对乙酰氨基酚，研究团队将新材料与过氧化氢和紫外光结合，采用一种称为光-Fenton 的反应。在该体系中，材料中的铁在两种价态之间循环，有助于过氧化物产生极具氧化性的短寿命活性物质，将污染物分子断裂并最终矿化为二氧化碳和水。碘化钾起到关键的辅助作用：碘离子在光照下有助于将更多铁转化为更活跃的形式，并产生额外的反应中间体，保持体系快速循环。实验显示，在精心选择的条件下，常温下约两小时内，水中几乎全部对乙酰氨基酚——约 99.6%——可以被去除。

为实际应用寻找最佳条件

由于实际处理装置必须可靠运行，研究人员系统地调整了工作条件。结果发现，该工艺在水体自然的微酸性 pH 约 5.5 时效果最佳，避免了昂贵的 pH 调整。催化剂用量与过氧化氢剂量之间的最佳平衡至关重要：剂量过低则无法充分净化，剂量过高则多余的过氧化物会“猝灭”有用的活性物种。该体系能良好处理现实中的对乙酰氨基酚浓度，尤其在低到中等水平时效果显著，并符合可预测的一级反应动力学，这意味着清除速率与污染物浓度成简单比例关系。适度加热几乎无明显优势，强调该过程在常温下已具高效性。

重复使用中的稳定性

要使任何处理技术具有可持续性，清洁材料必须经久耐用。RTG-MIL-100(Fe) 催化剂在多次循环使用后仅表现出适度的性能下降，表明其结构在很大程度上保持完整。处理后水中溶解铁的测量显示仅有小部分金属发生浸出，远低于许多类似体系且在典型工业排放限值范围内。与早期用于其他药物的铁基框架催化剂相比，该材料在更温和条件和较低剂量下实现近乎完全的去除，并且不依赖复杂的光源，使其更现实地适合放大应用。

对更安全水源的意义

简而言之，这项工作展示了一种有前景的方法：将精细设计的粉末、常见的消毒剂（过氧化氢）和紫外光组合，形成一种强而相对温和的水处理工具。通过巧妙利用碘离子增强铁基多孔框架的活性，研究人员创造出一种催化剂，能在接近自然的条件下几乎完全分解废水中的对乙酰氨基酚。凭借其绿色合成路线、良好性能和稳定性，RTG-MIL-100(Fe) 材料有望帮助未来的处理厂从医院和工厂排放中去除持久性药物，为更安全、更可持续的水资源管理迈出实用的一步。

引用: Abou-Elyazed, A.S., Genena, E.E., El-Sayed, I.E.T. et al. Next-generation photo-Fenton treatment using MIL-100(Fe) synthesized through a green route for sustainable remediation of pharmaceutical wastewater. Sci Rep 16, 7837 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38975-w

关键词: 制药废水, 对乙酰氨基酚去除, 光-Fenton 催化剂, 金属有机框架, 高级氧化