研究人员将一小块海绵状材料放在含有蓝色染料的水中。大约10秒后，烧杯里的水变透明了。图片来源：马克·斯通(Mark Stone)/华盛顿大学

染料广泛应用于纺织、化妆品、食品加工、造纸、塑料等行业。我们每年在全球范围内生产约70万吨用于给衣服、眼影、玩具和糖果上色的染料，这质量和帝国大厦(Empire State building)的质量相当。

在生产过程中，大约十分之一的染料产品被排放到废水中。这些染料大多数都能避过传统的废水处理系统，留在废水中最终进入湖泊、河流和池塘，污染这些水源还有生活在其中的水生动植物。即使是一点点添加用的染料也会阻碍阳光照射和植物的光合作用，从而破坏整个水域的生态系统。

华盛顿大学(UW)领导的一个研究小组发明了一种非常环保的方法，可以在几秒钟内去除水中残余的染料。六月发表在《应用催化B: 环境》杂志上的一篇论文详细地描述了这项技术。

弗吉尼亚大学环境与森林科学学院的生物资源科学与工程学院助理教授Anthony Dichiara说：“少量的染料会污染大量的水，所以我们需要找到一种快速有效地去除染料的方法。我们为自己取得的成果感到自豪，因为它对环境有十分重要的作用。”

研究小组开发了一种方法，他们用木浆和小块金属制成的类海绵型材料来去除水中残余染料，特别是去除残余染料带有的颜色。纤维素是植物细胞壁的主要结构，也是地球上最丰富的天然材料，它是这种类海绵型材料的主体，配合装饰有细小的钯片。这种金属可以作为催化剂，帮助快速去除染料颜色。

研究小组没有从水中去除染料，而是试图将染料的颜色改变成人类可见光谱之外的颜色。例如，有一种化学反应可以破坏红色，使它看起来更淡甚至是无色。如果人为地浪费染料产品给湖泊中的水上色，就会阻止光合作用，那么将染料从红色转变为透明应该会让植物恢复正常生长。

如果使用一种叫做“还原剂”的分子对染料进行化学还原，可以改变染料的结构，使染料的颜色从红色或蓝色变为无色。然而，这种反应不是很有效，反应可能需要数周的时间。UW研究小组的材料包含一种催化剂，它与还原剂一起工作，反应过程几乎是瞬间完成的。

在这篇新论文中，研究人员描述了他们开发出的简单、可持续的除色材料。研究人员将纤维素分子与钯金属结合制成溶液，加热混合溶液并在搅拌机中混合。然后，他们对材料进行了提纯和冷冻干燥处理，使其成为一种多孔、可重复使用的材料。制作出的类海绵材料99%以上是的气孔，这些气孔允许水流进流出，而孔壁中的金属催化剂颗粒可以去除所有颜色。

这种材料就像真正的海绵一样，可以从水里拿出来反复使用，而不会丧失去除水里染料颜色的能力。研究人员表示，很难制造出如此轻盈、完美无瑕、可经过多次挤压和过滤的材料，更不用说要求材料能够一直保持瑞士奶酪状结构，同时融合减色颗粒。

研究人员在实验室中使用纺织品行业常见的蓝色和红色染料对这种材料进行了测试。他们先将带颜色的水倒与现有的有助于减少色彩的分子混合，然后倒在材料上。液体通过材料后，流出的水是清澈的。另一项测试中，他们将海绵材料旋进一个装有蓝色染料的罐子里，大约10秒后颜色就消失了。

研究人员表示，在实验室测试之外的实际环境中，许多像海绵一样的微小物质会被释放到一个被染料污染的湖泊里，同时也会释放出有助于分解颜色的分子。就像把茶袋绕在杯子上旋转一样，海绵材料可以在湖上拖来拖去，直到所有的染料颜色都消失。

Dichiara说：“只要一点点染料就能使湖的颜色发生巨大的变化。当水中的染料浓度很低，并且需要非常迅速地加以处理时，这种方法是非常有效的。”

这篇文章的第一作者是弗吉尼亚大学访问学者、华南农业大学的副教授古金，合作者有华南农业大学的胡川霜(Chuanshuang Hu)和张薇薇(Weiwei Zhang)。

这项工作的经费来自广东省科技厅、广东省林业局、美国农业部国家粮食和农业研究所。