纳米金属氧化物复合水凝胶在染料废水处理中应用

田泽澎，王延鹏，丁涛，任艳蓉

(河南大学 化学化工学院，河南省功能材料与催化反应工程研究中心，河南 开封 475004)

水是生命源泉，是地球上一切生物赖以生存的根本，然而随着社会快速发展，由各行各业生产活动产生的废水对环境造成严重的威胁，导致人们的生存环境被进一步压缩，因此对废水的处理已经到了刻不容缓的地步[1-2]。尤其近年来，由印染行业产出的废水频繁出现在人们的日常生活中，引起了人们的广泛关注。这种废水包含大量人工合成的化学染料，其结构复杂、难降解且具有毒性，单凭自然环境难以净化处理。若将它直接排放到下水道或河流中，会对自然界的水体环境和生态系统造成巨大的危害，这种危害会通过食物链间接的对人类的健康带来潜在的威胁[3-7]。因此，对染料废水的处理问题亟待解决。

目前，已经有多种方法用于染料废水的清理工作。一些常用的方法，如膜过滤、离子交换、光化学方法、电化学破坏和厌氧生物修复等方法在处理染料废水的过程中都具有一定的清理效果，但是由于这些技术自身会产生二次污染、去除效率低、运行成本高等因素的限制，导致这些技术无法有效去除废水中的有机染料[8-10]。与上述清理方法相比，吸附技术具有更广泛的实用性和经济优势，特别是吸附剂成本低廉，并且能够重复利用，使得它在废水处理领域极具应用价值。在吸附过程中，染料分子通过物理间的相互作用或化学键附着在吸附剂表面，达到清理染料废水的目的。物理吸附由吸附表面的多层吸附质组成，其主要是由氢键、弱范德华力引起，是可逆的。此外，若吸附剂和吸附质颗粒之间存在的吸引力与化学键(共价键)的强度几乎相同时，则吸附为化学吸附。吸附剂在吸附过程中，尽管存在吸附剂需处理和吸附剂使用后的损耗问题，但它是仍一种简单且高效的方法，不需要担心副产品的产生，并且保持较高的染料去除率。目前，吸附法已被广泛用于不同类型的染料去除应用中[11-12]。

在众多吸附材料中，水凝胶因其独有的三维网络、多孔结构、高保水性、低成本、可循环利用等特点，使之成为染料污染物的理想吸附材料[13-15]。水凝胶独特的三维网络和高保水性，可以使污染物在水凝胶中迅速扩散，从而达到快速吸附污染物的目的，如图1所示[16]。然而，大部分水凝胶的力学性能及生物相容性较差，限制了其作为吸附剂在废水处理中的发展和应用。研究发现，将水凝胶与其他材料复合后可显著提高水凝胶对染料废水的处理效率，如在水凝胶基质中添加少量增强填料(例如天然粘土、碳纳米材料、金属氧化物纳米颗粒等)可得到热稳定性、力学性能和吸附能力等方面都具有优异性能的复合材料[17]。在诸多与水凝胶复合的材料中，纳米金属氧化物材料由于其独特的表面特征、微观结构特征和高比表面积，使得它可充当水凝胶的增强材料，弥补水凝胶自身缺陷，并利用纳米金属氧化物的半导体或多孔性为水凝胶附加其他的功能特性[18]。同时，水凝胶的三维网状结构，可作为金属氧化物纳米材料的载体，提高其稳定性，有效地解决金属氧化物纳米材料因自身尺寸过小而易团聚的问题。两者的协同增效作用，使得这类复合水凝胶在染料废水的处理具有更广阔的应用前景。本文将概述纳米金属氧化物复合水凝胶的制备方法，综述近五年这类材料在有机染料废水处理中的应用研究现状。

图1 水凝胶通过吸附污染物净化水的方式[16]

1 纳米金属氧化物水凝胶的制备

以具有独特三维网状结构的水凝胶作载体，制备的纳米金属氧化物复合水凝胶不仅可以有效解决金属氧化物纳米颗粒团聚的问题，还可以显著增强水凝胶的机械性能，是一种性能优异的复合材料。根据金属氧化物纳米颗粒引入水凝胶的方式不同，纳米金属氧化物复合水凝胶的制备方法可分为包埋法和原位合成法两大类。

1.1 包埋法

包埋法是将预先合成的金属氧化物纳米粒子引入水凝胶前驱体溶液中充分混合，通过聚合反应将纳米金属氧化物粒子镶嵌在水凝胶的三维空间网络中，进而得到纳米金属氧化物复合水凝胶。例如，Wang等[19]在聚乙烯醇(PVA)中加入二甲基亚砜(DMSO)、纳米二氧化钛(TiO2)和碳酸钠，采用冻融循环法制备了具有较高机械性能和光催化性能的PVA-TiO2复合水凝胶膜。TiO2的加入显著提高了复合水凝胶膜的机械强度和对有机染料的光催化降解效率。当TiO2含量为0.3%时，PVA-TiO2复合水凝胶膜在1 h内可去除68.06%的亚甲基蓝(MB)。对高浓度染料，经4 d自然光处理，染料去除率可达99.85%。Ahmad等[20]将合成的CuO纳米粒子分散在明胶(GL)水溶液中后，通过添加甲醛溶液将其交联，制备出GL-CuO复合水凝胶。用GL-CuO催化剂对两种偶氮染料进行了还原试验，催化剂对甲基橙和刚果红(CR)具有较高的反应活性，反应速率常数分别为9.91×10-1min-1和5.8×10-1min-1，通过紫外-可见光谱证实了染料被完全还原。包埋法制备工艺简单，但是在制备过程中容易出现纳米金属氧化物粒子团聚现象，导致制备的复合水凝胶的结构性能的增强效果不够明显。

1.2 原位合成法

原位合成法是制备复合材料的常用方法，与包埋法的根本区别在于金属氧化物纳米粒子引入水凝胶的方式不同。原位合成法是预先将制备金属氧化物的前驱体引入水凝胶中,让水凝胶充当反应容器，使之在水凝胶三维网络中原位合成出纳米金属氧化物粒子。水凝胶的三维网络结构产生的空间位阻可以限制金属氧化物纳米粒子的移动，提高它们的分散稳定性，从而有效解决金属氧化物纳米粒子团聚的问题。例如，Yadollahi等[21]通过原位氧化羧甲基纤维素(CMC)水凝胶基质中的Zn2+离子，成功制备了新型CMC/ZnO纳米复合水凝胶。纳米复合水凝胶在不同水溶液中的溶胀率均高于纯水凝胶。CMC/ZnO纳米复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著抗菌作用，可有效地应用于生物医学领域。Wang等[22]提出了一种创新的金属-肼配位交联矿化方法，以Mn2+和肼化透明质酸(HHM)为原料制备了多功能HHM /MnO2纳米复合水凝胶。纳米复合水凝胶具有优异的力学性能、良好的生物相容性、刺激响应性、可注射性、自愈合能力。

2 纳米金属氧化物复合水凝胶在染料废水处理中的应用

近几年来，纳米金属氧化物复合水凝胶优异的废水处理效果引起了研究人员的广泛关注，例如在水凝胶中引入ZnO或TiO2纳米粒子，可以在吸附有机染料的同时，利用金属氧化物纳米粒子的光催化特性分解有机染料，使废水得到有效处理。Thakur等[23]在海藻酸钠(SA)和TiO2纳米粒子混合体系中，通过丙烯酸(AA)溶液原位聚合制备了SA-g-PAA/TiO2纳米复合水凝胶，该纳米复合材料在水溶液中去除甲基紫(MV)染料的效果显著。再如在水凝胶中引入磁性纳米粒子，则可利用纳米粒子的磁性，在完成吸附后进行磁分离，有利于复合水凝胶的回收再利用。Mittal等[24]合成了Fe3O4磁性纳米粒子填充的黄原胶(XG)交联聚丙烯酸水凝胶，制备的磁性纳米复合水凝胶吸附容量远高于聚合物基质的吸附容量，并可通过磁分离技术进行回收，在达到快速处理染料废水的目的同时提高吸附剂的重复使用率。目前，与纳米金属氧化物复合的水凝胶基体主要分为三大类：天然水凝胶、合成水凝胶和复合水凝胶。以下将按照这三种基体分类，综述近五年来纳米金属氧化物复合水凝胶在染料废水处理中的应用。

2.1 天然水凝胶

天然高分子材料由于具有优异的生物相容性、无毒性、可降解特性以及对环境具有敏感性，因而成为越来越多的研究者们研究的对象。目前，常用来制备天然水凝胶的聚合物主要有海藻酸盐、壳聚糖(CS)、胶原、明胶、黄原胶、透明质酸(HA)等[25]。

Jiang等[26]通过水溶液原位合成法，成功地在CS水凝胶上负载了CdS@n-ZnO胶体，制备出超细胶体CdS@n-ZnO /CS复合水凝胶，制备过程如图2所示。这种超细胶体水凝胶，能够快速去除污染物，同时具有良好的的分散性和重复利用性。当CR为5.0 mg/L时，在1 min内可去除95%的CR；当CR为20 mg/L时，在5 min内可去除96.61%的CR；当CR为100 mg/L时，在30 min内可去除94.34%的CR。此外，CdS@n-ZnO/CS水凝胶在模拟太阳光照下能有效去除CR，这得益于CdS@n-ZnO/CS水凝胶中CS的吸附与ZnO和CdS光催化的协同作用的结果。研究结果表明：CdS@n-ZnO/CS水凝胶具有较高的光催化活性，可以在太阳光照射下用于染料废水的超快处理和净化。

图2 CdS@n-ZnO /CS水凝胶制备机理示意图[26]

Di等[27]采用原位合成工艺制备了一种新型氧化锌-石墨烯(ZnO-GO)耦合的环保甲壳素石墨烯复合水凝胶(CGH)，用于可见光下降解MB。CGH复合水凝胶可以将ZnO-GO纳米粒子均匀地结合到水凝胶表面，防止其团聚。这种工艺使水凝胶具有粗糙的表面和多孔结构，能够有效吸附染料。ZnO与GO的结合可以有效地促进光电子转换， GO为具有花状结构的ZnO提供了多维质子和电子传输通道，具有更好的光催化活性。在吸附和光催化的协同作用下，CGH的催化活性、吸附能力和循环利用率大大提高，其染料去除率高达99%，约为相同条件下纯甲壳素凝胶的2.2倍。

2.2 合成水凝胶

合成水凝胶是在一定条件下通过加成、开环聚合等反应合成的交联水凝胶。与天然水凝胶相比，合成水凝胶不仅可以实现对其内部结构和性能的精准调控，还具有更优良的力学性能以及容易修改的化学性质[28]。合成聚合物水凝胶的原料种类有很多，例如：聚乙二醇(PEG)、聚乙稀醇(PVA)、聚己内酯(PCL)、聚丙稀酰胺(PAM)等等。

Patel等[29]采用原位超声波辅助共聚合法制备了聚(丙烯酸/1,1-二丙稀基-4-甲基哌嗪-1-溴化铵)/Fe3O4复合水凝胶，用于从水溶液中分离有毒的活性黑5(RB5)染料。该吸附剂具有pH响应特性，吸附能力随pH值发生变化。在pH 为2时，该吸附剂对RB5的吸附容量为840.33 mg/g，吸附效率可达98.77%。该复合水凝胶还具良好的可重复利用性，经过10次循环后，复合水凝胶对RB5染料的仍然保持高效吸附。

Zhang等[30]通过一锅法制备了三元还原氧化石墨烯纳米片(rGSs)/Fe2O3/聚吡咯(PPy)水凝胶，其中rGSs和PPy均聚物分别充当骨架和交联剂，Fe2O3纳米颗粒嵌入rGSs和PPy层之间，制备过程如图3所示。这种水凝胶具有相互连接的多孔结构，在对MB染料的降解过程中，rGSs/Fe2O3/PPy水凝胶表现出良好的的去除效果。此外，随着H2O2用量和水凝胶用量的增加，其降解速率提高，但随着MB初始浓度的增加，降解速率降低。由于rGSs和PPy层的保护，Fe2O3纳米颗粒表现出良好的分散稳定性，浸出量仅为2.2%。在循环试验中，三元rGSs/Fe2O3/PPy水凝胶显示出优异的可重复利用性，即使连续运行4次，也没有发现明显的催化活性损失。在回收实验中，三元rGSs/Fe2O3/PPy水凝胶可以通过磁铁轻松分离,表现出良好的重复使用性。

图3 rGSs/Fe2O3/PPy三元水凝胶的制备过程[30]

Khan等[31]通过采用一种简便的方法合成了纳米γ-Fe2O3磁性阳离子水凝胶(nFeMCH)，并用于去除两种酸性染料(酸性红27和酸性橙52)。nFeMCH的优越性能表现为高吸附容量、可重复使用性和磁性可分性。该复合水凝胶材料表现出优异的快速吸附能力(在5 min内可去除99%的染料)，吸附等温线数据与朗缪尔模型吻合良好，对于酸性红27和酸性橙52，最大吸附容量分别为833和1 430 mg/g。在较宽的pH范围内表现出高吸附性能，即使在连续30轮的吸附-解吸过程中仍然保持高效吸附。此外，嵌入γ-Fe2O3纳米粒子使该水凝胶在使用后可以方便进行磁分离。

Maijan等[32]通过采用自由基聚合和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂合成了聚乙烯醇-g-聚丙烯酰胺(PVA-g-PAM)水凝胶，以形成互连的多孔结构，合成机理如图4所示。用溶胶-凝胶法将SiO2纳米颗粒在ZnO表面功能化，并在PVA-g-PAM水凝胶表面和内部引入硅烷基团，与纳米颗粒形成硅烷桥,最终有3%的SiO2@ZnO纳米颗粒直接附着在水凝胶表面。复合后的水凝胶在负载下表现出良好的机械稳定性，吸水率约为8 000%，对MB吸附结果可在24 h内达到96%。PVA-g-PAM/SiO2@ZnO水凝胶的吸附符合Langmuir等温线和二级吸附模型，最大吸附量为757 mg/g。在紫外线照射下，水凝胶复合材料对吸附的MB的分解速率为0.101 9/h。它结合了超级吸附剂的吸附能力和光催化剂的染料降解能力。这种水凝胶复合材料使开发一种不会产生二次有毒废物的闭环废水处理系统成为可能。随后该课题组有对原料进行改进，将PAM接枝到可生物降解的PVA上，接枝聚合物与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺同时交联，形成三维网络结构。并发现PAM的含量对互连多孔结构有显著影响。含50%PAM的PVA-g-PAM水凝胶具有6 400%的吸水率，可吸附水溶液中的阳离子和阴离子染料。MB、结晶紫和CR的最大吸附量分别为703、863 和174 mg/g。与SiO2包覆的ZnO纳米粒子复合后还表现出优异的光催化降解染料性能。该水凝胶复合材料具有良好的重复使用性，可高效吸附和脱色长达5个周期，还可在土壤中生物降解，大大提升了这种材料的可实用性[33]。

图4 PVA-g-PAM水凝胶和PVA-g-PAM/SiO2@ZnO水凝胶复合材料的合成机理[32]

Pandey等[34]通过简单的原位聚合和复合方法，制备了Fe3O4浸渍聚乙烯醇/聚丙烯酰胺(Fe3O4-im-PVA /PAM)水凝胶复合材料，制备过程如图5所示。该水凝胶适用于室温下MB的高效去除，去除率为86.5%。该材料可回收再利用，且再生后的水凝胶仍保持较高的吸附容量，可用于至少8个循环过程。

图5 Fe3O4-im-PVA /PAM水凝胶制备示意图[34]

2.3 复合水凝胶

复合水凝胶是结合天然和合成聚合物的特征的水凝胶。天然水凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性，但其力学性能较差。而合成水凝胶可以精确调控其结构以及具有良好的力学性能。复合水凝胶可以将天然和合成水凝胶的优势结合起来，弥补各自缺点，更有效的去除废水中的染料，因而复合水凝胶成为当前清理染料废水研究的重点。

Makhado等[35]采用原位自由基聚合法合成了海藻酸钠-聚丙烯酸(SA-poly(AA))水凝胶，随后在SA-poly(AA)水凝胶基质中加入ZnO纳米粒子制备出SA-poly(AA) /ZnO纳米复合材料(HNC)，用于去除水溶液中有毒的MB染料。与SA-poly(AA)水凝胶相比， HNC显示出更优异的吸水能力和吸附性能。在pH为6.0的0.25 g/L MB溶液中40 min内，SA-poly(AA)水凝胶的最大吸附容量为1 129 mg/g，而HNC的最大吸附容量为1 529.6 mg/g。此外，与SA-poly(AA)水凝胶相比，HNC还具有优异的重复利用性。

Mittal等[24]通过在XG上接枝PAA，然后将Fe3O4磁性纳米粒子引入水凝胶基体中，形成复合水凝胶(NCH)，用于从水溶液中高效吸附MV，合成机理如图6所示。加入Fe3O4磁性纳米粒子后，聚合物基体的热稳定性增加，同时增加了水凝胶的表面积和孔体积。研究NCH对MV的吸附行为发现，NCH可以去除溶液中99%的染料，最大吸附容量为642 mg/g，吸附过程遵循Langmuir等温模型和伪二级动力学模型。复合型NCH的吸附容量远高于聚合物基质的吸附容量；吸附容量的显著提高是由于聚合物基质中加入了纳米粒子，后者显著增强聚合物基质的表面性质，并为染料分子的吸附提供了一些额外的结合位点。此外，该吸附剂在连续五个吸附-解吸循环中吸附效率保持稳定。

图6 NCH合成机制[24]

Patel等[36]以衣康酸(IA)和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)为单体，CS为交联剂，Fe3O4为引发剂，通过原位超声波辅助聚合法制备了CS-g-poly(IA-co-DADMAC)/Fe3O4聚合物复合水凝胶，并应用于从水溶液中吸收MB和CR染料，合成机理如图7所示。实验结果表明，染料可以被高效的吸附，对MB和CR的吸附容量分别为862.06和1 111.11 mg/g。此外，复合水凝胶在多次吸附-解吸循环后仍具有良好的吸附效果，吸附后水凝胶可以通过外部磁铁方便地从溶液中分离出来，因此该复合水凝胶有望在染料废水处理领域得到应用。

图7 CS-g-poly(IA-co-DADMAC)/Fe3O4聚合物复合水凝胶交联的可能机制[36]

Motshabi等[37]通过超声辅助制备了黄原胶接枝聚(丙烯酸-co-衣康酸)/氧化锌(XG-cl-p(AA-co-IA)/ZnO)水凝胶纳米复合材料，用于去除水中的MB染料。制备的水凝胶纳米复合材料的最大吸附容量为212.8 mg/g。与原水凝胶相比，合成的水凝胶纳米复合材料的MB染料吸收率提高了14.6%，溶胀能力显著增强。

Kodoth等[38]通过自由基聚合合成了果胶接枝(聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸)-co-丙烯酰胺)(Pec-g-poly(AMPS-co-AAm))水凝胶，随后将氧化锌纳米粒子加入该凝胶网络中制备得到Pec-g-poly(AMPS-co-AAm)/ZnO纳米复合水凝胶，合成机理如图8所示。研究这两种水凝胶在pH值为1.2至13的缓冲溶液中的溶胀行为，在中性介质中观察到最大溶胀。在中性介质中，母体凝胶的平衡溶胀为28.12 g/g，而纳米复合材料的平衡溶胀为16.54 g/g。这说明纳米复合物在中性pH下的最大溶胀能力与母体凝胶相比较低，这可能是由于氧化锌纳米颗粒填充了水凝胶的孔隙造成的。室温下，母体凝胶和纳米复合物的最大吸附量分别为329和568 mg/g，并且纳米复合物的初始吸附速率为281.79 mg/g/min，是母体凝胶(98.95 mg/g/min)的三倍，说明ZnO纳米颗粒的存在提高了母体凝胶的有效吸附效果。因此，该纳米复合水凝胶可作为阳离子染料的吸附剂，从水溶液中吸附阳离子染料。

图8 Pec-g-poly(AMPS-co-AAm)/ZnO的形成机理[38]

Thakur等[23]利用自由基接枝共聚方法，在SA和TiO2纳米粒子混合体系中，通过丙烯酸(AA)溶液原位聚合制备了SA-g-PAA/TiO2纳米复合材料，并使用这种水凝胶纳米复合材料去除水溶液中的MV染料。TiO2纳米粒子和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺分别用作无机和有机交联剂，在SA-g-PAA水凝胶基质中引入TiO2纳米粒子，形成高比表面积、高孔容和独特的结构，从而使水凝胶纳米复合材料具有较高的吸附容量。与常用于MV染料去除的几种吸附剂相比，该纳米复合材料显示出更高的吸附容量和清理效率。该纳米复合水凝胶的对MV的最大吸附容量为1 156.61 mg/g，吸附效率为99.6%。

Al-Wasidi等[39]采用微波诱导共聚/溶胶-凝胶法制备了一种新型的甲壳素-cl-聚(衣康酸-丙烯酰胺共聚物)/Fe2O3复合材料，合成机理如图9所示。通过吸附/光催化方法将合成的Fe2O3水凝胶复合材料用于去除水介质中的酸性橙8染料。实验结果表明，染料去除率随着吸附时间的增加而增加，5 min时染料去除率为14%，25 min时染料去除率增加到52%，之后近似稳定。在过氧化氢和Fe2O3水凝胶复合材料存在的情况下，随着辐照时间从10 min增加到50 min，染料去除率从37.50%增加到100%。

图9 Fe2O3水凝胶复合材料的合成机理[39]

Hu等[40]通过采用自由基聚合法制备了一种新型的Fe3O4纳米颗粒掺杂丝素-聚丙烯酰胺磁性复合水凝胶(Fe3O4@SF-PAM)。Fe3O4@SF-PAM水凝胶具有很强的磁性，饱和磁性为10.2 emu/mg和优良的溶胀性能，溶胀率为55 867%。此外Fe3O4@SF-PAM可以吸附MB、结晶紫和罗丹明B等阳离子染料，但对甲基橙、CR和胭脂红等阴离子染料没有吸附作用，表明Fe3O4@SF-PAAM对阳离子染料具有良好的选择性吸附能力。Fe3O4@SF-PAM在25 ℃和中性条件下，对MB的吸附容量接近2 025 mg /g。同时，复合水凝胶可重复使用，经过五次吸附-解吸循环后，对MB的去除率仍在90%以上。

Zhang等[41]在聚丙烯酰胺/壳聚糖(PAM/CS)水凝胶网络中原位合成了Fe3O4磁性纳米颗粒。研究PAM/CS/Fe3O4水凝胶对水溶液中MB的吸附性能发现，与PAM/CS水凝胶相比，PAM/CS/Fe3O4水凝胶能对MB具有更高的吸附性能，吸附容量约为1 603 mg/g。PAM/CS/Fe3O4水凝胶与MB之间的吸附机理主要是强静电相互作用、高溶胀比。这种纳米复合水凝胶制备简单、吸附容量高、成本低，是MB的良好吸附剂，在阳离子染料吸附领域具有广阔的应用前景。

Binaeian等[42]通过采用原位合成技术制备了在壳聚糖接枝聚丙烯酰胺水凝胶中的引入TiO2纳米粒子的纳米复合水凝胶(TiO2-PAM-CS)(制备过程如图10所示)，并将其应用于从水溶液中吸收天狼星黄(K-CF)染料。TiO2-PAM-CS复合材料含有大量NH2官能团和Ti4+，是一种高效的吸附剂。吸附剂表面的正电荷(NH3+)与阴离子染料分子之间的静电吸引，并形成氢键(dye-NH3+)，导致染料吸附在TiO2-PAM-CS上。另一方面，PAM-CS结构中的Ti4+也可以通过静电吸附与阴离子分子相互作用(如图11)。研究表明：在pH为2的酸性环境下，添加0.05 g TiO2-PAM-CS吸附剂对染料K-CF的去除率最高，去除率为96.81%。可重复使用性试验表明，在重复六次使用后，观察到TiO2-PAM-CS复合材料的吸附效率仅降低了4.86%，这表明TiO2-PAM-CS水凝胶复合材料可反复用于废水处理工艺。

图10 TiO2-PAM-CS上染料吸附机理的示意图[42]

3 结论与展望

纳米金属氧化物复合水凝胶结合了金属氧化物纳米粒子和水凝胶的优势，是一种在热稳定性、生物相容性、力学性能和吸附性能方面都十分优异的复合材料，这类复合水凝胶在染料废水的处理中有着显著的净化效果，已经被广泛应用于废水处理领域。然而，关于纳米金属氧化物复合水凝胶的制备工艺和实际应用仍需要进一步探索。为了开发出可在不同环境条件下处理染料废水的纳米金属氧化物复合水凝胶，可从以下几个方面开展研究：1)在染料废水处理工艺中，寻求更加经济的原料和简单可行的制备方法，以期在降低生产成本的同时满足高吸附性能的要求；2)通过向水凝胶基体中引入磁性纳米颗粒，使得复合水凝胶具有磁性，在吸附过程完成后水凝胶可以通过外部磁场进行磁分离，便于回收再利用；3)可通过改良复合水凝胶的基体，将纳米金属氧化物粒子引入可生物降解的水凝胶基体中，得到绿色可降解的复合水凝胶，提高其实用价值。随着研究人员对纳米金属氧化物复合水凝胶进一步的探索和研究，必将有更多优异性能的复合水凝胶得到开发和应用, 为环境治理提供一份力量，改善人们的生活环境。