发布日期:2022-10-25
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全球疫情爆发,促使了大量药品及个人护理品(PPCPs)的生产和使用,水环境中赋存的新污染物PPCPs受到研究者的广泛关注。磺胺类药物(SNs)是典型的抗生素类PPCPs,用于治疗/预防感染。2022年5月24日,国务院办公厅印发了《新污染物治理行动方案》,明确提到要加强抗生素等新污染物的环境治理。因此,研究水中SNs的去除技术十分重要。
图1. 多孔纳米碳材料的制备
吸附技术是去除水中新污染物的优势技术之一,吸附材料是吸附技术的核心。课题组基于石墨烯材料(GO),通过嵌入刚性分子法支离石墨烯材料单元形成多孔结构的纳米碳材料,同时增大有效比表面积和孔容。为了进一步提高多孔纳米碳材料对多种SNs的去除性能,选用负电刚性分子(羧基修饰GO),通过静电吸附作用提高多孔纳米碳材料对SNs的吸附性能,制备图见图1(PFB-五氟苯;PFBS-五氟苯甲酸)。
研究结果表明:1)与GO相比,改性后的GO-PFB和GO-PFBS的比表面积分别提高了5倍和3.3倍,孔容分别提高了10倍和4.7倍。2)与GO相比,GO-PFBS对磺胺嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺甲恶唑、磺胺吡啶和磺胺二甲嘧啶的吸附量分别提高了9.67倍、18倍、10倍、3.7倍和3.4倍(依据吸附动力学实验)。3)GO-PFBS吸附SNs的过程是自发的放热过程,静电吸引、氢键、π-π相互作用和疏水作用参与了吸附过程。
图2. GO-PFBS和GO对不同SNs的吸附去除性能对比
国家重点实验室王维课题组通过刚性分子作为支柱连接石墨烯单元以增加其有效比表面积,并针对SNs的性质,在刚性分子上引入羧酸基团,显著提高了多孔纳米碳基吸附材料对SNs的吸附性能,同时阐明了高效吸附机理,这种设计策略对增强纳米碳材料在水环境中的应用性具有借鉴意义。该研究获青海大学青年基金项目的资助,研究成果于2022年5月24日以“Intercalating negatively charged pillars into graphene oxide sheets to enhance sulfonamide pharmaceutical removal from water”为题发表于《Environmental Science and Pollution Research》(IF=5.2)。
参考文献:W. Wang, S. Wang, M. Vakili, Y. Wang, C. Sun, H. Yang, G. Xiao, M. Gong, S. Zhou. Intercalating negatively charged pillars into graphene oxide sheets to enhance sulfonamide pharmaceutical removal from water. Environmental Science and Pollution Research, 2022, 29, 72545–72555.