绿色纳米吸附剂去除水中药物污染物的研究进展
引用本文:王子宜，马国秀，张昭,等.绿色纳米吸附剂去除水中药物污染物的研究进展[J].化学试剂，2024,46(5)：63-70.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0720
背景介绍
药物污染物（PhCs）作为一类新兴的有机污染物，会对人类健康和生态环境造成潜在威胁。目前，PhCs的去除方法有很多，吸附法因其经济方便、效率高可再生、不产生二次污染而被视为废水中去除回收PhCs的潜在优势技术。同时，吸附剂也因为选择范围广、最终产物无毒等优点成为了研究人员的首选。近年来，纳米吸附剂作为一种有效的“碳中和”材料，因其生产成本低、可持续性好、理化性好、去除率高等优点得到了快速发展。过去，人们大多采用不可再生的吸附材料，然而在“碳中和”背景下，CO2捕集与封存技术的开发与应用刻不容缓，可持续绿色纳米材料和复合纳米材料成为了最具应用前景的CO2吸附材料之一。
文章亮点
1.总结了近年来可持续绿色纳米吸附剂修复污染水体的研究现状；
2.阐述了可持续绿色纳米吸附剂的形式、相互作用机制以及可持续绿色纳米材料在药物吸附去除方面的应用进展；
3.结合已有研究现状，对可持续绿色纳米吸附技术的研究方向进行了展望，为有机物材料阻燃的研究和应用提供了指导。
内容介绍
1 吸附材料
1.1 吸附材料的吸附机理
吸附是一种微观结构的表面现象，通常发生在气固、气液、液固或液液两相的界面上。
Azhar等[14]利用HKUST-1（铜基金属有机框架（Cu-MOF））吸附磺胺氯吡嗪（SCP），在溶液pH 3.5时，HKUST-1上的吸附量最大，这主要与带正电荷的HKUST-1与SCP之间的静电相互作用有关，以及是氢键和π-π相互作用的参与，如图1所示。
Khalil等[19]测试了新型多孔石墨烯材料（PG）去除6种药物的去除效率，结果表明，ΔH的范围为10～53 kJ/mol。ΔH值符合药物在PG上的放热吸附（即吸附随温度的升高而降低），如图2所示。
1.2 影响吸附的因素
由于不同药物的溶解性、疏（亲）水性、挥发性等物理化学性质上的差异，导致药物在纳米吸附剂上的吸附是一个复杂的过程。通常来说，溶液pH值、吸附剂的特性（溶解度、解离系数等）和系统平衡/动力学对水中药物污染物的去除效率影响最为显著，并且在吸附过程中不会单一起作用，而是存在协同效应。
2 典型的药物污染物
3 绿色纳米吸附剂
3.1 金属氧化物纳米吸附剂
金属氧化物纳米吸附剂由于其低毒性、热稳定性、高表面积、多孔结构、易于回收，以及其结构中存在Lewis酸碱位点，在污染净化方面有着出色的性能[40]。金属氧化物的物理化学性质，包括粒度和结构、表面活性、稳定性和潜在磁性等，对增强药物污染物的吸附能力提供了极大的好处。
3.2 生物炭
生物炭是一种通过高温热解获得的碳基衍生物。目前，生物炭已被广泛用于PhCs吸附，它在吸附PhCs的性能优于活性炭，因为其具有高多孔结构，高含碳量，表面积大且成本低[52]。同时，改性生物炭也已被开发，如在生物炭中插入石墨烯[53]，层状双氢氧化物（LDH）[54]或金属[55]，以提高其从水相吸收药物的性能。
3.3 层状双金属氢氧化物（LDH）及其复合材料
LDH，也被称为阴离子粘土，具有水滑石结构，是一类环境友好的二维纳米吸附材料。LDH制备容易，而且成本较低。具有优异的阴离子交换能力、高表面积和低毒性，已在废水处理中广泛应用。
4 纳米吸附剂的再生与再利用
吸附材料使用后的再生能力是评估吸附剂是否有效的重要参数之一，它不仅可以节约成本，同时解决吸附剂回收处理的问题。再生使纳米吸附剂除了吸附能力提高外，还使纳米吸附剂在技术上和经济上更有益，更环保。
5 结论
综上所述，纳米技术和纳米材料（NM）为高效水处理提供了应用价值，与传统技术相比，NM由于其高比表面积和丰富的活性位点，成为污水处理领域颇受青睐的新型环境功能材料，随着对原料、制备方法、改性途径、吸附机理等研究的逐步深入，NM的应用前景愈发广阔。今后的研究方向可重点关注以下几个方面：
（1）目前，大多研究者只对有限的单一药物污染物进行了吸附研究。为了使纳米吸附剂在去除废水中的药物化合物方面具有更大的潜力，可以对环境系统中多类别PhCs和多组分条件下的吸附性能的展开研究。
（2）纳米吸附剂暂未应用于现场实时取样检测中，而是大多研究集中在材料制备和表征上，进一步的研究应还应大量用于可持续吸附剂有效去除和回收废水中的PhCs实际应用和进行大规模批量实验中。
（3）纳米吸附剂附对特定污染物的吸附还须进一步研究，为高选择性吸附剂的设计提供重要的指导。
（4）新兴的再生技术虽然克服了传统再生法的耗能大等缺陷，但再生机理不明确、再生过程和安全性无法保障等问题阻碍了其实际应用，还有待人们深入研究。今后的研究还应基于绿色化学理念，对纳米吸附剂的再生深入开发，有助于纳米吸附剂降低成本，打造纳米吸附技术绿色可持续发展，促进吸附技术工程化应用。
（5）现阶段对纳米吸附剂的开发大多还处于实验室阶段、产量较低，要实现工业废水大规模处理需要大量的吸附剂，并保证吸附剂性能的同时批量生产，这就要求无论是在生产设备还是在工艺上都需要有所突破。
