WEC&N 文章速递 | 碳基材料：水中抗生素的吸附去除

通讯作者简介

Hafiz M. N. Iqbal 博士是墨西哥蒙特雷科技大学(Tecnológico de Monterrey, Mexico)工程与科学学院的全职研究教授。Iqbal 博士主要从事环境工程、生物医学工程和生物工程等方面的研究。参加的科研项目有 30 多个，他担任过多期特刊的客座编辑，还担任了多个期刊的编委会成员，与国际许多研究所/大学建立了合作网络。他参与发表的论文有 700 多篇，文章引用量高达 21000 多次，H 指数为 68。

摘要导读

多种抗生素产生的污染是一个普遍关注的问题，因为这种污染在环境层面上不仅影响地球的土壤和水，还影响许多物种的发展。此外，对各种病原微生物中抗生素耐药基因的开发引发了一个新问题，使卫生部门对未来抗生素的效率产生了关注。这些问题的出现需要用实际的行动来消除这些污染物。为了减少抗生素在水中的影响，目前已经出现了多种替代方法，如高级氧化、反渗透和膜过滤。碳基材料由于其吸附特性已经呈现出更有利和可行的效果，因此可以将其作为修复环境的有效工具。本文介绍了不同的碳基吸收材料，如生物炭、碳纳米管、活性炭和石墨烯。然而，对碳基材料的工艺集成、生产和改进仍然面临挑战性，需要更多的研究和实验来验证。

图解摘要

关键词：抗生素去除，水处理，吸附法，石墨烯，碳纳米管，活性炭，生物炭，生物去除

研究背景介绍

自19世纪下半叶发现耐抗生素细菌和耐抗生素基因以来，向环境中释放抗生素一直是一个令人担忧的问题。这些化合物通常最终会进入到土壤和水体中，对生态系统的平衡构成威胁。此外，抗生素潜在的毒性，可能对人类和动物的健康有害。这类药物的传播可能会影响自然微生物群落，表现出杀菌或抑菌的作用。

甲氧苄氨嘧啶、大环内酯、磺胺类和β-内酰胺类是最常见的抗生素类，其次是四环素类和氟喹诺酮类。为了消除这种污染，也出现了各种方法。其中，碳材料以其良好的稳定性、可调性和物理化学性能，已经成为目前一种很有前景的吸收材料。吸附法操作简单，效率高，成本效益高，对环境影响小，是最受欢迎的方法之一。碳基材料已经通过其吸附特性证明了其去除水源中抗生素分子的功效。文章主要关注了用于抗污染的最常见的碳材料类型:石墨烯、碳纳米管、活性炭和生物炭，介绍了利用吸附技术消除特定抗生素已进行的研究及其各自的结果。

研究总结

由于抗生素的过度使用，这些污染物在环境中的含量已经明显超过了环境安全阈值。因此，四种不同的碳基材料已经被引入和开发，由于它们价格合理，环境友好，吸附能力强，所以其对修复抗生素污染的水很重要。碳基材料吸附能力由其本身的性质、抗生素的物理和化学特性以及背景溶液的化学性质而决定。综合文中所举例子，得出一个结论，抗生素的环境运输和各种改进增强了碳基材料的固有吸附能力。此外，随着时间的推移，由于其优异的吸附效率和易改性，研究的范围也越来越广。然而，仍需做进一步研究来探索在非模拟测试中可能发生的潜在相互作用，其中有较多的因素需要考虑，例如同时处理多种污染物时所处的环境、产生的浓度以及发生的反应等。

挑战与展望

由于规模制造、成本效益、市场准备的问题以及实验室开发延迟等技术困难，目前市场上只有少量的碳材料。材料缺陷可能严重影响抗生素的去除性能，因此必须创建新的环保工艺，以低成本来制造高质量的材料。在使用副产品的同时大批量生产生物炭和活性炭，对于充分发挥开发节能、高成本效益的技术至关重要。此外，一些材料，如碳纳米管，比其他纳米碳材料更昂贵，因此有必要通过寻找新的碳源从而将成本降低到合理的水平。使用单一的处理方法来去除污染物并不是最好的做法。探索如何结合不同的处理方法来达到最好的效果是非常重要的，并结合催化特性可以将抗生素分解成无害的残留物。真实水体是不同性质分子的复杂混合物，因此，未来的研究应集中于了解其他污染物如何干扰抗生素的去除，以及碳材料、抗生素和其他污染物之间的相互作用。关于碳基材料还有很多需要研究的地方，在污染物去除领域，开发和实现它们的使用仍存在空间。