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 染料廣泛應(yīng)用于紡織、化妝品、食品加工、造紙、塑料等行業(yè)。我們每年在全球范圍內(nèi)生產(chǎn)約70萬噸用于給衣服、眼影、玩具和糖果上色的染料，這質(zhì)量和帝國大廈(Empire State building)的質(zhì)量相當(dāng)。

在生產(chǎn)過程中，大約十分之一的染料產(chǎn)品被排放到廢水中。這些染料大多數(shù)都能避過傳統(tǒng)的廢水處理系統(tǒng)，留在廢水中最終進(jìn)入湖泊、河流和池塘，污染這些水源還有生活在其中的水生動植物。即使是一點(diǎn)點(diǎn)添加用的染料也會阻礙陽光照射和植物的光合作用，從而破壞整個水域的生態(tài)系統(tǒng)。

華盛頓大學(xué)（UW）領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)明了一種非常環(huán)保的方法，可以在幾秒鐘內(nèi)去除水中殘余的染料。六月發(fā)表在《應(yīng)用催化B: 環(huán)境》雜志上的一篇論文詳細(xì)地描述了這項技術(shù)。

弗吉尼亞大學(xué)環(huán)境與森林科學(xué)學(xué)院的生物資源科學(xué)與工程學(xué)院助理教授Anthony Dichiara說：“少量的染料會污染大量的水，所以我們需要找到一種快速有效地去除染料的方法。我們?yōu)樽约喝〉玫某晒械阶院溃驗樗鼘Νh(huán)境有十分重要的作用。”

研究小組開發(fā)了一種方法，他們用木漿和小塊金屬制成的類海綿型材料來去除水中殘余染料，特別是去除殘余染料帶有的顏色。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)，也是地球上最豐富的天然材料，它是這種類海綿型材料的主體，配合裝飾有細(xì)小的鈀片。這種金屬可以作為催化劑，幫助快速去除染料顏色。

研究小組沒有從水中去除染料，而是試圖將染料的顏色改變成人類可見光譜之外的顏色。例如，有一種化學(xué)反應(yīng)可以破壞紅色，使它看起來更淡甚至是無色。如果人為地浪費(fèi)染料產(chǎn)品給湖泊中的水上色，就會阻止光合作用，那么將染料從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鲬?yīng)該會讓植物恢復(fù)正常生長。

如果使用一種叫做“還原劑”的分子對染料進(jìn)行化學(xué)還原，可以改變?nèi)玖系慕Y(jié)構(gòu)，使染料的顏色從紅色或藍(lán)色變?yōu)闊o色。然而，這種反應(yīng)不是很有效，反應(yīng)可能需要數(shù)周的時間。UW研究小組的材料包含一種催化劑，它與還原劑一起工作，反應(yīng)過程幾乎是瞬間完成的。

在這篇新論文中，研究人員描述了他們開發(fā)出的簡單、可持續(xù)的除色材料。研究人員將纖維素分子與鈀金屬結(jié)合制成溶液，加熱混合溶液并在攪拌機(jī)中混合。然后，他們對材料進(jìn)行了提純和冷凍干燥處理，使其成為一種多孔、可重復(fù)使用的材料。制作出的類海綿材料99%以上是的氣孔，這些氣孔允許水流進(jìn)流出，而孔壁中的金屬催化劑顆粒可以去除所有顏色。

這種材料就像真正的海綿一樣，可以從水里拿出來反復(fù)使用，而不會喪失去除水里染料顏色的能力。研究人員表示，很難制造出如此輕盈、完美無瑕、可經(jīng)過多次擠壓和過濾的材料，更不用說要求材料能夠一直保持瑞士奶酪狀結(jié)構(gòu)，同時融合減色顆粒。

研究人員在實驗室中使用紡織品行業(yè)常見的藍(lán)色和紅色染料對這種材料進(jìn)行了測試。他們先將帶顏色的水倒與現(xiàn)有的有助于減少色彩的分子混合，然后倒在材料上。液體通過材料后，流出的水是清澈的。另一項測試中，他們將海綿材料旋進(jìn)一個裝有藍(lán)色染料的罐子里，大約10秒后顏色就消失了。

研究人員表示，在實驗室測試之外的實際環(huán)境中，許多像海綿一樣的微小物質(zhì)會被釋放到一個被染料污染的湖泊里，同時也會釋放出有助于分解顏色的分子。就像把茶袋繞在杯子上旋轉(zhuǎn)一樣，海綿材料可以在湖上拖來拖去，直到所有的染料顏色都消失。

Dichiara說：“只要一點(diǎn)點(diǎn)染料就能使湖的顏色發(fā)生巨大的變化。當(dāng)水中的染料濃度很低，并且需要非常迅速地加以處理時，這種方法是非常有效的。”

這篇文章的第一作者是弗吉尼亞大學(xué)訪問學(xué)者、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的副教授古金，合作者有華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的胡川霜（Chuanshuang Hu）和張薇薇（Weiwei Zhang）。