在农村的养猪场旁，或是城市的医院下水道里，常有一种“隐形污染”——抗生素废水。比如四环素，这种广泛用于畜禽养殖和人类医疗的广谱抗生素，若未经处理排入水体，会通过食物链积累，威胁生态和人体健康。传统光催化技术虽能降解，但催化剂易团聚、难回收，实际应用受限。我国天津工业大学团队在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》期刊上公布了一项新成果：用天然纤维素和壳聚糖做成“海绵骨架”，再“种”上硫化铟锌纳米颗粒，制成可吸附-光催化协同的新材料，在阳光下4小时能去除91.5%的四环素，且能重复用8次。

传统光催化的“痛点”：难回收、效率低

光催化降解是目前处理抗生素废水的热门技术——用催化剂吸收光能，产生自由基分解污染物。但常用的粉末状催化剂（比如硫化铟锌）有两个大问题：一是纳米颗粒容易“抱团”，减少有效反应面积；二是降解后难从水中回收，可能造成二次污染。更麻烦的是，单纯依赖光催化，污染物浓度低时反应效率不高，浓度高时又容易“堵”住催化剂表面，影响降解效果。

天然海绵“搭骨架”：吸附+光催化双管齐下

研究团队想到了“双保险”策略：用天然高分子材料（纤维素和壳聚糖）做海绵骨架，既提供吸附位点“抓”住污染物，又作为载体固定硫化铟锌纳米颗粒，防止团聚。具体怎么做？先把纤维素和壳聚糖分别制成黄原酸盐溶液，混合后加入锌、铟的金属盐，再通过水热反应让黄原酸盐分解，释放硫离子与金属离子结合，原位生长出硫化铟锌纳米颗粒（约15nm），同时形成多孔海绵结构（孔径150-500μm）。

这样的设计有啥好处？纤维素和壳聚糖表面有大量羟基、氨基等“吸附小钩子”，能通过静电吸引和氢键快速“吸住”四环素分子；而硫化铟锌纳米颗粒均匀分散在海绵骨架上，吸收阳光后产生电子-空穴对，生成超氧自由基（•O2⁻）和空穴（h⁺）等活性物质，把吸附的四环素一步步分解成二氧化碳和水。

实验数据：阳光4小时去九成，重复用8次仍有效

测试结果很亮眼：在10mg/L的四环素溶液中，这种复合海绵（称为ZnInCCS）在阳光下照射240分钟，去除率高达91.5%，比单纯用硫化铟锌粉末（70%）和普通海绵（无降解能力）强得多。更关键的是，它能“边吸边降解”——吸附饱和后，光催化分解污染物，腾出吸附位点继续“抓”新的污染物，形成循环。

耐用性也不错：重复使用8次后，去除率仍保持72%。团队分析，这是因为硫化铟锌纳米颗粒牢牢“长”在海绵骨架上，多次使用后结构没明显变化。户外测试更验证了实用性：夏天户外环境下，20cm×20cm×5cm的容器中，150分钟就能降解90%的四环素。

局限与未来：向规模化应用再迈一步

当然，目前材料还有优化空间。比如，高浓度四环素（30mg/L）时去除率会下降，可能是污染物“堵”住了吸附位点；多次使用后效率降低，需要更彻底的再生方法（比如切割成小块）。团队下一步计划优化制备工艺，提升材料对复杂废水（含其他污染物）的适应性，同时探索其在工业废水处理中的规模化应用。

这种“天然材料+光催化”的设计，既解决了传统催化剂难回收的问题，又利用了吸附-降解的协同效应，为抗生素废水治理提供了更环保、高效的新思路。未来，类似的“海绵光催化剂”或许能出现在更多污水处理厂，让阳光成为降解污染物的“绿色帮手”。

来源: 化学工程前沿FCSE