随着全球范围内工业化的迅速发展，各种工业化合物已经引起了严重的环境问题，众多污染物中，与DNA作用的一类污染物包括DNA染料、抗肿瘤药物及杀虫剂等，由于具有强烈的致突变、致癌及致畸性而对人类健康具有严重危害。因此，这类污染物的去除问题尤为突出，其中包括较为典型的DNA染料——溴化乙锭(Ethidium Bromide, EtBr)。EtBr广泛应用于琼脂糖凝胶中DNA染色以及DNA生物传感器领域。目前大多数生物及化学实验室在EtBr使用后不经任何后处理直接排入城市污水中，对人类健康及生态系统存在巨大威胁。
对于EtBr的处理，目前己有文献报道，如利用类芬顿反应氧化、光催化降解、电化学及生物降解等，但这些方法均存在处理方法复杂、费用昂贵、去除率不高甚至降解产物不明等各类问题。相对而言，吸附法是目前处理这类污染物较为安全的方法,如利用活性炭吸附、黏土吸附以及多孔材料吸附等。其中相关发表的文章中采用活性炭作为吸附剂的造价高且难以实现令人满意的再生效果，因而未得到广泛应用。因此，需要持续的努力来开发廉价但高效的替代吸附剂。
玻缕石（palygorskite）是一种层链状架构的水合镁铝硅酸盐黏土矿物，介于链状结构与层状结构之间的中间结构。玻缕石具有产量丰富、价格低廉、易获取、高阳离子交换容量等特性，因此不仅可以实现利用低成本材料展现高经济实用、快速吸附、高吸附效果的多重目的，而且在工业或家庭等废水处理过程中能达到零温室气体排放、对环境不产生热能、对环境无二次污染等正面影响。
玻缕石结构图
近日，人居学院张博翔课题组通过开展利用玻缕石去除受污染水体中溴化乙锭的机理研究，发现玻缕石可作为一种优良的天然材料，用于去除制药废水和实验室废水中的EtBr和类似阳离子有机污染物（如染料化合物）。玻缕石的无溶胀性和易液相流动特性，有助于这种天然材料在固定床废水处理系统中的实际应用。研究表明，EtBr在玻缕石上的吸附可在1 h内迅速发生，并且具有108 mg/g的高吸附容量。该吸附容量大于粘土矿物的CEC（阳离子交换能力）值。无机阳离子的解吸与Et+的吸附相一致，证实了EtBr去除的主要机理是通过在玻缕石上Ca2+交换Et+而发生的。反离子Br-的吸附亦伴随Et+的吸附，表明在玻缕石的外表面上，Et+的二聚体形成了更高的吸附容量。通过将吸附数据拟合到Freundlich等温模型可知，二聚体排列提高了其吸附能力。
玻缕石SEM图像以及吸附前后和加热后XRD图像表征
EtBr在玻缕石外表面低吸附量(左)与高吸附量(右)的吸附形貌
上述研究成果以“Mechanistic insights into ethidium bromide removal by palygorskite from contaminated water”为题发表在国际顶级环境领域期刊Journal of Environmental Management（IF=5.647）上。西安交通大学人居环境与建筑工程学院为该论文第一完成单位，张博翔副教授为论文第一作者和通讯作者。参与此次工作的还有兰卡斯特大学的Binoy Sarkar教授。这项研究工作得到了西安交通大学新教师科研支持计划项目的支持。
张博翔老师课题组主要从事天然纳米矿物与有机物分子作用机制研究。选择不同类型的环境目标污染物，如医学药物、染料、界面活性剂等有机物分子或重金属作为研究对象，围绕污染物分子在纳米矿物界面吸附/脱附化学反应过程，重点开展一系列分子反应机制研究。研究成果为认识纳米矿物在地表环境中影响有机类物质的地球化学过程提供了重要的理论依据，揭示了天然纳米矿物影响地表环境中有机类污染物归宿、迁移和转化作用的过程，为环境整治工程开发低成本高效率防治污染物提供了技术支撑与方法选择，极具理论指导作用与潜在应用价值。
论文链接：https://authors.elsevier.com/c/1c1ek14Z6tekZh
