微波辅助合成CdS/金属有机框架复合材料高效去除废水中的环丙沙星

针对废水中环丙沙星(CIP)污染难题，研究人员通过微波辅助法合成CdS/UiO-66复合材料，实现了可见光照射下94.0%的CIP去除率。该研究通过构建异质结结构，解决了CdS易团聚、光腐蚀和UiO-66可见光响应差的问题，为抗生素废水处理提供了高效稳定的光催化解决方案。

　　

随着抗生素在医疗和养殖业的广泛应用，环丙沙星(CIP)等药物通过排泄物大量进入水环境，对生态系统和人类健康构成严重威胁。研究表明，CIP在低浓度下即可导致鱼类基因突变、藻类光合作用抑制，甚至通过食物链富集影响人体健康。传统处理方法如膜分离和电化学氧化存在能耗高、二次污染等问题，而单一光催化剂如硫化镉(CdS)易团聚、光稳定性差，金属有机框架(UiO-66)则存在可见光响应弱的缺陷。

安徽建筑大学材料科学与工程学院的研究团队创新性地采用微波辅助法合成CdS/UiO-66复合材料，通过XRD、SEM、TEM等技术证实材料具有良好结晶度，CdS纳米颗粒均匀分散在UiO-66表面形成异质结。在可见光照射3小时后，该复合材料对CIP的去除率高达94.0%，显著优于单一组分。机理研究表明，该性能提升源于三大协同效应：CdS纳米颗粒的精细分散、高效电子转移以及UiO-66对CIP的特异性吸附能力。活性物种捕获实验揭示h⁺、•O₂^?和•OH是主要活性物质。相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为抗生素废水治理提供了新思路。

关键技术方法包括：微波辅助合成CdS/UiO-66复合材料，X射线衍射(XRD)分析晶体结构，扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察形貌特征，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)测定光吸收性能，光电化学测试评估载流子分离效率，以及活性物种捕获实验鉴定反应机制。

【XRD分析】显示复合材料同时具备CdS立方相和UiO-66的特征峰，异质结形成未改变晶体结构。【形貌表征】证实6 mg CdS负载量时纳米颗粒分布最均匀，过载会导致团聚。【光学性能】表明复合材料可见光吸收边红移，带隙降至2.25 eV。【光催化实验】证明最佳CdS负载量下反应速率常数是纯UiO-66的4.3倍。【循环实验】显示5次循环后效率仍保持90%以上，凸显优异稳定性。【机理研究】通过能带结构分析和自由基捕获，提出CdS受激产生电子-空穴对，电子转移至UiO-66抑制复合，产生的h⁺直接氧化CIP，同时•O₂^?和•OH协同降解污染物。

该研究通过精准调控异质结界面，实现了吸附-光催化的协同增效。CdS/UiO-66复合材料不仅解决了单一材料缺陷，其微波合成法更具快速、高效的优势。这项成果为开发新型抗生素去除材料提供了理论依据和技术支撑，对保障水环境安全和公共卫生具有重要意义。论文通讯作者为安徽建筑大学丁毅教授，其团队长期从事功能材料合成与固废资源化研究。