使用来源于海藻的生物吸附剂与基于金属有机框架的混合复合材料实现工业废水可持续脱色

将有色废水变为清澈水体

从我们穿的衣物到床单，纺织品依赖鲜艳的合成染料，而这些染料常流入河流和沿海水域。即使含量很低，这些染料也能阻挡阳光、伤害水生生物，并可能携带有毒或与癌症相关的化学物质。本研究探讨常见海藻与一种现代多孔材料是否可以协同工作，作为在工业废水进入环境之前温和且更可持续的去色方法。

为何纺织染料难以去除

活性染料在纺织厂很受欢迎，因为它们能牢固附着于纤维、经多次洗涤依然鲜艳且易于溶于水。正是这些优点在含染料的废水排放时成为问题。传统处理方法如化学凝聚、先进氧化或膜过滤可能成本高、耗能大，并可能产生新的废物。作者选取了三种广泛使用的染料——黄、红、蓝，作为真实废水中复杂混合物的代表。他们的目标是在相同条件下比较低成本生物材料与高科技吸附剂，评估哪些方案能以合理成本、最小环境副作用实现有效净化。

海藻：天然的染料海绵

研究人员在埃及地中海沿岸采集了两种大型海藻：紫菜属的Ulva fasciata（一种绿色片状海藻）和Pterocladia capillacea（一种红藻）。他们测试了新鲜仍存活的藻体与干燥粉末两种形态。与着色水混合时，海藻逐渐将染料分子从液相吸附到其表面。这一过程主要通过相反电荷间的吸引以及氢键等弱相互作用发生。干燥藻类稳定地优于新鲜藻类，在某些情况下染料去除率超过90%。干燥过程增加了比表面积并暴露出更多结合位点，使生物质更易储存、处理与投加——这些特性对实际处理系统非常重要。

一种高科技多孔晶体加入阵容

除了海藻，团队还合成了一种基于锆的金属—有机框架，称为UiO‑66‑NH₂。这种材料类似由金属节点与有机配体连接而成的刚性海绵，布满均一微孔。其表面的胺基在酸性水中带正电荷，可吸引带负电荷的染料分子。测试显示该框架对染料具有很高的吸附容量，在优化条件下去除效率超过95%。它在水中保持稳定并能重复使用数次，尽管随着循环增加性能逐步下降，因为部分孔道被堵塞或结合位点减弱。

哪些因素决定净化效果

科学家们系统变动了若干实际参数：投加的藻类或框架量、接触时间、染料浓度以及溶液的酸碱度（pH）。在所有情况下，初始染料浓度越低、接触时间越长，去除效果越好。酸性环境（约pH 2）对海藻和金属—有机框架都最有利，因为表面带正电，能强烈吸引带负电荷的染料。对于新鲜藻体，增加生物质用量可提高性能，直到约每100毫升水使用5克为止；而干燥藻类只需2.5克即可达到类似的高去除率。随着投加量增加，框架材料的表现也提高，但当大多数可及位点被占满后增益趋于平缓。在真实纺织废水测试中，藻类和框架均能显著降低颜色，尤其是框架将有机污染物水平几乎减少一半。

将自然与材料科学结合

研究结论认为，常见海藻与多孔框架晶体各自提供了有力且互补的染料污染水净化途径。干燥的海藻作为廉价、可生物降解且广泛可得的“绿色”海绵尤为突出，而金属—有机框架则提供了一种高效且可调的材料，能够将水的颜色进一步抛光至极低水平。单独使用或组合应用，这些吸附剂可以把色彩鲜明的工业尾水转变为更清澈的水体，减少对强烈化学品的依赖。对于非专业读者，关键信息是：将海洋生物学与先进材料相结合，有望使未来的废水处理既对地球更清洁，也更便于资源有限的地区获取。

引用: Abdel‑Razik, S.A.R., Abdel‑Kareem, M.S., El‑Agawany, N.I. et al. Sustainable dye removal from industrial wastewater using marine algae-derived biosorbents and MOF-based hybrid composites. Sci Rep 16, 11349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41983-5

关键词: 工业废水, 纺织染料, 海洋藻类, 金属有机框架, 生物吸附