UiO-66增强SA/PVA固定化铜绿假单胞菌对甲基橙的生物脱色与降解协同作用研究

针对纺织废水中有毒偶氮染料甲基橙(MO)难降解问题，研究团队创新性地将锆基金属有机框架(UiO-66)与固定化铜绿假单胞菌(PA)整合至海藻酸钠/聚乙烯醇(SA/PVA)基质中，开发出SA/PVA/UiO-66/PA复合微球。该材料通过吸附-生物降解协同作用实现92.03%的MO去除率，LC-MS鉴定出9种降解产物，为染料废水处理提供了高效环保的新策略。

　　

纺织工业的蓬勃发展带来了严重的环境污染问题，其中含有甲基橙(Methyl Orange, MO)等偶氮染料的废水因其持久性、毒性和潜在致癌性备受关注。这类染料占工业用染料的60-70%，其分子中的偶氮键(-N=N-)结构稳定难降解，不仅会通过食物链在人体消化系统积累诱发突变，还会降低土壤肥力、阻碍水生植物光合作用。传统处理方法如混凝、光催化等存在效率低、成本高或产生二次污染等问题，而游离微生物虽能降解染料却易受环境波动影响。

针对这些挑战，Sarazen Shalahuddin Akbar等人在《Biotechnology Reports》发表的研究中，开创性地将金属有机框架(UiO-66)与固定化铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa, PA)结合，构建了SA/PVA/UiO-66/PA复合微球系统。研究人员采用XRD、FTIR、SEM-EDX进行材料表征，通过吸附动力学和等温线实验分析性能，并利用LC-MS解析降解途径。

3.1. Immobilization of PA into SA/PVA/UiO-66 matrix

研究采用海藻酸钠(SA)和聚乙烯醇(PVA)作为固定化基质，通过Ca²⁺交联形成三维网络结构。SA提供生物相容性但机械强度不足，PVA的羟基(-OH)可增强氢键作用。引入UiO-66后，其1000-1800 m²/g的高比表面积和Zr簇活性位点显著提升了对阴离子染料MO的吸附能力。

3.2. Beads characterization

XRD显示UiO-66在7.21°、8.33°和25.55°的特征峰在复合微球中位移至7.59°、8.65°和25.95°，证明MOF成功嵌入。FTIR在746 cm^-1处检测到Zr-O键振动，SEM观察到1-5 μm的PA菌体和UiO-66立方晶体共存，EDX显示Zr元素占比3%，证实了各组分的有效整合。

3.3. Biodecolorization-biodegradation of methyl orange

10天降解实验显示，SA/PVA/UiO-66/PA的MO去除率达92.03%，较游离PA(68.68%)提升33.99%。对照组中SA/PVA/UiO-66(69.55%)和SA/PVA/PA(77.53%)的单独效果验证了吸附-降解的协同作用。微球从白色变为橙色再褪色的直观变化，印证了MO的吸附和后续降解过程。

3.4. Adsorption kinetics and isotherms studies

动力学分析符合伪二级模型(R²=0.9881)，表明化学吸附主导；Langmuir等温线(R²=0.9921)显示UiO-66使最大吸附量(q_max)从4.79 mg/g提升至6.87 mg/g。KL值从0.0020增至0.0520 L/mg，反映MO与材料结合力增强。

3.5. Identification of metabolites

LC-MS鉴定出9种降解中间体，包括m/z 254.1617的C₁₁H₁₉N₅O₂等化合物。推测PA分泌的偶氮还原酶首先断裂-N=N-键，随后单加氧酶和双加氧酶催化羟基化及开环反应，最终生成C₅H₁₁NO₂等小分子产物。

该研究通过材料学与微生物学的交叉创新，解决了传统生物处理效率低和物化处理不彻底的双重难题。SA/PVA/UiO-66/PA体系兼具UiO-66的高效吸附和固定化PA的持续降解优势，为工业染料废水处理提供了可重复使用、环境友好的解决方案。特别值得注意的是，该方法在完全矿化染料分子方面展现出显著优势，避免了二次污染风险，具有重要的工程应用前景。