全球水資源短缺問題日益嚴重，主要歸因于工業(yè)活動導(dǎo)致的水污染以及對清潔水資源需求的不斷增長。據(jù)預(yù)測，到2025年，全球超過三分之二的人口可能面臨水資源短缺。抗生素作為一類重要的污染物，由于其廣泛的使用和難以降解的特性，對環(huán)境和人類健康構(gòu)成了威脅。傳統(tǒng)的廢水處理方法在去除抗生素方面效率低下，因此開發(fā)新型的吸附材料以有效去除這些污染物變得至關(guān)重要。
伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)（Istanbul Technical University）的Okay教授及其團隊在《Journal of Polymers and the Environment》期刊發(fā)布了題為“Design of Electrospun Hydrophobically Modified Polyacrylic acid Hydrogel Nanofibers and their Application for Removal of Ciprofloxacin”的研究成果。該團隊通過靜電紡絲技術(shù)制備了一種新型的聚丙烯酸基水凝膠納米纖維。該團隊首先將丙烯酸（AAc）與十六烷基丙烯酸酯（C16A）共聚，形成物理交聯(lián)的水凝膠。通過引入疏水相互作用，這種水凝膠在有機溶劑中具有良好的溶解性，從而使其適合用于靜電紡絲。制備流程如下圖。
研究發(fā)現(xiàn)，當C16A的摩爾分數(shù)為35%時，制備的納米纖維展現(xiàn)出最佳的纖維尺寸和表面光滑度，具有優(yōu)異的吸附性能，能夠高效去除水中的環(huán)丙沙星（CIP）。（圖1）
Zeta電位測試顯示，納米纖維表面在pH 4到10之間呈負電荷，這有助于通過靜電相互作用吸附帶正電的CIP分子。實驗結(jié)果表明，含有35 mol% C16A的納米纖維在60小時內(nèi)達到吸附平衡，去除效率高達98%。（圖2）
圖2. 納米纖維對CIP的吸附特性。（a）溶液中CIP濃度Ct（圓圈）、納米纖維吸附的CIP量qt（三角形）和CIP去除效率E（柱狀圖）隨接觸時間的變化。C16A含量為35%。（b）納米纖維中C16A含量對CIP濃度隨時間變化的影響。C16A含量已標明。（c）初始濃度Co對qe和E的影響。（d）含有35% C16A的CIP負載納米纖維的解吸效率。
吸附動力學(xué)實驗表明，偽二階模型（R2 = 0.9785）比偽一階模型（R2 = 0.9296）更符合實驗數(shù)據(jù)，表明化學(xué)吸附是主要機制。Langmuir等溫模型（R2 = 0.9998）表明吸附過程為單層吸附。（圖3）
簡而言之，這種材料通過引入疏水相互作用，在實驗室條件下表現(xiàn)出對環(huán)丙沙星（CIP）的高效吸附去除，可為環(huán)境污染物的可持續(xù)去除提供新的解決方案。但由于作為塊狀吸附劑固有的缺陷，如不可逆吸附和在復(fù)雜基質(zhì)中潛在的污染問題，未來的研究將集中于通過結(jié)構(gòu)改性或引入促進解吸的功能團來提高這些水凝膠的可重復(fù)使用性。
文章來源：https://doi.org/10.1007/s10924-025-03504-9
