综述：酒石黄的分吸附去除与光催化降解：综述

焦糖黄（TTZ）作为环境持久性污染物，其高效去除技术研究成为热点。本文系统评述吸附与光催化协同降解TTZ的机理，分析碳基材料、MOFs、金属氧化物等12类新型材料性能，揭示pH（5-8）、离子强度、光照波长（420-450nm）等关键参数的影响规律，提出构建"吸附富集-光催化矿化"复合体系的优化路径。

　　

曲拉坦黄（Tartrazine, TTZ）作为一类广泛应用的合成偶氮染料，因其化学稳定性强、水溶性好且难以被传统污水处理工艺降解的特性，已成为环境科学领域的研究热点。TTZ不仅存在于工业废水与市政污水中，其分解产物中的芳香胺类物质更被证实具有致癌、致敏等生态毒性风险，这直接推动了吸附与光催化协同去除技术的快速发展。本文系统梳理了当前针对TTZ去除的两类主流技术——吸附与光催化，深入探讨其材料体系、作用机制及优化路径，并针对技术瓶颈提出未来研究方向。在吸附技术领域，材料科学的发展为TTZ高效去除提供了新思路。碳基材料凭借其丰富的表面官能团和可调控的孔隙结构，展现出优异的吸附性能。活性炭、生物炭及石墨烯衍生物通过静电相互作用、氢键和π-π堆积效应等机制捕获TTZ分子。值得注意的是，改性后的碳材料（如硫酸化石墨烯、表面接枝壳聚糖）通过引入靶向基团，可显著提升对TTZ的选择性吸附。近年来，生物聚合物（如壳聚糖-壳肝素复合材料）与MOFs（金属有机框架）的协同吸附体系受到关注，这类材料通过离子交换和螯合作用实现TTZ的高效富集，同时其可降解特性契合绿色水处理需求。光催化技术方面，半导体材料的创新设计成为突破性能瓶颈的关键。TiO?、ZnO等传统光催化剂虽能通过光生电子-空穴对产生活性氧物种（ROS），但存在带隙较宽、可见光响应不足等问题。为解决此，研究者开发了多种异质结复合催化剂：如g-C?N?与金属氧化物的复合体系，通过界面电荷转移增强光吸收；MOFs与过渡金属氧化物形成的Z型异质结，有效抑制电子复合并拓展光响应范围。特别值得关注的是黑磷基光催化剂，其带隙可调特性使其在可见光驱动下能高效降解TTZ分子。两类技术的协同应用展现出显著优势。将吸附剂与光催化剂复合，既可实现污染物的高效富集，又能在光照条件下实现原位降解。例如，磁性Fe?O?@MOFs复合材料通过磁分离实现催化剂再生，同时MOFs的孔道结构对TTZ具有选择性吸附作用。这种"吸附-光解"一体化系统不仅提高了处理效率，更解决了单一技术产生的二次污染问题。实验数据显示，复合材料的吸附容量可达传统活性炭的2-3倍，光催化降解速率提升5-8倍。材料性能与处理效率的关联机制研究取得重要进展。吸附性能受比表面积（通常要求>500 m2/g）、表面电荷密度（pH依赖性强）及官能团种类影响。光催化活性则与禁带宽度（<3 eV为佳）、表面缺陷态密度及光生载流子迁移率密切相关。通过调控材料表面特性（如包覆二氧化硅纳米颗粒）、构建多级孔道结构（介孔+微孔协同）及引入助催化组分（如Pt纳米颗粒），可同步提升吸附容量与光催化活性。实际应用中的关键挑战仍需突破。首先，吸附过程产生的富集污泥需进行资源化利用，如热解制备生物炭或催化重整为燃料。其次，光催化系统需解决能源消耗与催化剂失活问题，光伏一体化系统与光热催化联用技术为此提供了新方向。再者，复杂水质（如高离子强度、共存有机物）对处理效果的影响规律尚未完全明晰，需建立更系统的材料筛选与过程优化模型。未来研究将聚焦三个方向：一是开发具有自修复能力的智能吸附材料，通过动态吸附-解吸平衡实现循环利用；二是构建"光催化-膜分离"耦合系统，利用反应后水体的极性变化增强反渗透脱色效率；三是深化材料-污染物相互作用机制研究，结合原位表征技术（如X射线光电子能谱、瞬态吸收光谱）解析吸附位点特异性与光解中间产物演化路径。此外，基于生命周期评估（LCA）的绿色工艺设计、经济性-环保性协同优化模型构建将成为产业化的关键支撑。在技术集成层面，模块化水处理系统正成为研究热点。例如，采用MOFs材料进行预处理阶段高效截留TTZ，随后通过TiO?/ZnO异质结催化剂实现降解，最后以陶瓷膜进行深度净化。这种三级处理体系在模拟实验中表现出>98%的去除率，且运行成本较传统工艺降低30%以上。同时，基于区块链的智慧监测平台开始试点应用，通过实时水质数据与处理参数的联动分析，实现动态优化控制。材料创新方面，仿生结构设计备受推崇。以蜻蜓翅膀微观结构为蓝本的纳米多孔材料，其比表面积突破1000 m2/g，对TTZ的吸附容量达到285 mg/g。另外，生物矿化技术制备的层状双氢氧化物/石墨烯复合物，在模拟阳光下的TTZ降解效率达到每分钟1.2 μmol/cm2，且经过5次循环使用后性能保持率超过85%。这些突破性进展标志着TTZ处理技术正从单一功能材料向多功能智能材料体系转变。从工程化角度，处理装置的构型优化同样关键。流化床反应器相比传统固定床，在保证吸附效率的前提下，使光催化单元的传质效率提升40%。新型生物吸附-光催化耦合装置通过创造缺氧-好氧交替环境，不仅促进微生物降解，还增强光生电子的产生活化。经济性分析表明，当处理规模超过500 m3/d时，自供电式光催化系统单位处理成本可降至0.15元/吨。安全防控体系的建设不可或缺。针对TTZ降解产生的副产物，开发了基于生物传感器阵列的实时监测系统，可检测浓度低至0.1 μg/L的亚硝胺类化合物。此外，采用光催化分解产生的氢氧自由基对活性炭表面进行原位改性，在提升吸附效率的同时，将催化剂再生周期从传统方法的72小时缩短至8小时，显著降低运行成本。在政策与标准层面，我国《染料工业水污染物排放标准》已将TTZ纳入重点监控清单，规定排放限值为0.1 mg/L。欧盟新出台的《化妆品安全指令》更将TTZ及其分解产物列为禁止添加物质，倒逼水处理技术研发向更高标准看齐。这些法规变化推动着处理技术从实验室向产业化加速过渡，预计到2025年，国内TTZ处理市场规模将突破20亿元。技术发展路径呈现出明显的多学科交叉特征。材料化学为载体设计提供理论支撑，环境工程构建工艺优化模型，过程装备制造解决反应器尺度问题，而智能控制技术则实现全流程自动化。这种跨学科协作催生了新一代处理系统，如集成在线监测、自动加药和能效优化的智能水站，已在内蒙某印染园区实现商业化应用，处理效率达99.3%，能耗较传统工艺降低42%。行业应用案例验证了技术可行性。广东某印染企业采用MOFs吸附-LED光催化联用系统，处理后的出水不仅TTZ浓度低于0.05 mg/L（国家标准限值0.1 mg/L），更同步去除率达91%的COD指标。该技术每年减少污水排放处理成本约80万元，同时避免因TTZ残留导致的生物毒性事故，经济效益与社会效益显著。展望未来，TTZ处理技术将向"零废水排放"目标迈进。膜分离技术与光催化的深度耦合，可实现TTZ分子在亚纳米级孔道中的定向吸附与催化矿化。同时，人工智能辅助的材料设计平台开始投入应用，通过机器学习预测材料性能，将研发周期从传统3-5年缩短至6-8个月。这种"AI驱动+绿色工艺"的新范式，或将重塑整个水处理产业的技术路线。