环境可持续的甘蔗渣基 ZrO2- 磷生物炭纳米复合材料用于抗抑郁药物吸附研究

【字体: 时间:2025年03月15日 来源:BMC Chemistry 4.3

编辑推荐:

  研究人员针对水中三环类抗抑郁药物污染问题,开展 ZrO2- 磷生物炭纳米复合材料吸附研究,发现该材料吸附性能优异且环保可持续。

  

研究背景

在现代社会,抑郁症已成为一种极为常见的心理健康障碍,全球约有 3 亿人深受其扰,每年近 80 万人因抑郁症自杀 。在治疗抑郁症的过程中,三环类抗抑郁药阿米替林(AMT)被广泛使用。然而,污水处理厂难以完全去除这种药物,导致其在水环境中残留,最高浓度可达 900 ng/L。这些残留的 AMT 对生态环境构成了严重威胁,因此,研发有效且环保的方法去除水中的 AMT 迫在眉睫。
在此背景下,来自埃及索哈杰大学化学系的研究人员开展了相关研究,成果发表在《BMC Chemistry》上。该研究聚焦于从甘蔗渣合成磷生物炭,并制备负载锆的磷生物炭纳米复合材料(ZrP400),探索其对水中 AMT 的吸附性能,致力于为解决制药废水处理难题提供有效方案。

研究方法

研究人员主要运用了材料制备、吸附实验、材料表征和模型分析等关键技术。首先,以甘蔗渣为原料,与磷酸按特定比例混合,经过一系列处理合成磷生物炭(PC),再通过浸渍法制备 ZrP400 纳米复合材料。随后,开展批次吸附实验,研究不同因素对 AMT 吸附效果的影响。利用 XRD、FTIR、TEM、BET 等多种表征技术,深入分析材料的结构和表面特性。最后,借助多种动力学和等温线模型,探讨吸附过程的机制和热力学性质。

研究结果

  1. 复合材料的结构和表面特性:XRD 分析显示,ZrP400 纳米复合材料具有纳米尺寸的无定形石墨结构和 ZrO2的晶体结构。FTIR 光谱表明,材料表面存在多种含氧和含磷的功能基团,ZrO2的负载引入了新的化学键振动峰。通过 N2吸附 / 脱附实验发现,ZrP400 具有介孔结构,适量 ZrO2的负载可增大材料的比表面积和孔体积,但过高负载量会导致孔填充或堵塞 。EDX 和 TEM 结果证实,ZrO2纳米颗粒均匀分散在碳基质上,材料呈现多孔特性。
  2. AMT 的吸附性能:研究发现,ZrO2的负载比例对 AMT 的吸附容量有显著影响,5ZrP400 吸附剂的吸附容量最高,可达 237 mg/g,去除率为 94.5%。溶液 pH 对吸附效果影响明显,在 pH 为 6 时,5ZrP400 对 AMT 的吸附效率最高,达到 106.6 mg/g。随着 pH 升高,吸附容量迅速下降。吸附剂用量增加时,AMT 的去除率提高,但单位吸附剂的吸附容量降低,2 g/L 被确定为最佳吸附剂用量 。AMT 的初始浓度和接触时间也会影响吸附过程,浓度越高、接触时间越长,吸附容量越大。
  3. 吸附动力学和等温线:吸附动力学研究表明,伪二级动力学模型能更好地描述 AMT 在 5ZrP400 上的吸附过程,说明化学吸附是主要机制。吸附等温线研究显示,Freundlich 模型对吸附数据的拟合效果最佳,表明吸附过程发生在非均匀表面,存在多层吸附 。
  4. 吸附热力学和再生性能:热力学研究发现,AMT 在 5ZrP400 上的吸附是一个放热且自发的过程。5ZrP400 吸附剂具有良好的再生性能,使用乙醇作为解吸剂,经过多次循环使用,仍能保持一定的吸附能力。

研究结论与意义

本研究成功制备了具有高比表面积和丰富孔隙结构的 ZrP400 纳米复合材料,该材料对水中 AMT 展现出优异的吸附性能。在中性 pH、35℃、吸附剂用量为 2 g/L 的条件下,ZrP400 对 AMT 的吸附容量高达 585 mg/g。吸附过程符合伪二级动力学模型和 Freundlich 等温线模型,表明化学吸附和物理吸附共同作用。此外,ZrP400 吸附剂可通过乙醇有效再生,提高了材料的可持续性。经 GAPI 和 AGREE 评估,该吸附过程具有良好的环境兼容性和可持续性。这一研究成果为解决水中抗抑郁药物污染问题提供了一种高效、环保的吸附材料和处理方法,在水净化和制药废水处理领域具有广阔的应用前景。

濞戞挸顑堝ù鍥┾偓鐟邦槹瀹撳孩瀵奸敂鐐毄閻庢稒鍔掗崝鐔煎Υ婵犲洠鍋撳宕囩畺缂備礁妫滈崕顏呯閿濆牓妯嬮柟娲诲幘閵囨岸寮幍顔界暠闁肩瓔鍨虫晶鍧楁閸撲礁浠柕鍡楊儐鐢壆妲愰姀鐙€娲ゅù锝嗘礋閳ь剚淇虹换鍐╃閿濆牓妯嬮柛鎺戞閻庤姤绌遍崘顓犵闁诡喓鍔庡▓鎴︽嚒椤栨粌鈷栭柛娆愬灩楠炲洭鎯嶉弮鍌楁晙

10x Genomics闁哄倹婢橀幖顪渋sium HD 鐎殿喒鍋撻柛姘煎灠瀹曠喓绱掗崱姘姃闁告帒妫滄ご鎼佹偝閸モ晜鐣遍柛蹇嬪姀濞村棜銇愰弴鐘电煁缂佸本妞藉Λ鍧楀礆閸℃ḿ鈧粙鏁嶉敓锟�

婵炲棎鍨肩换瀣▔鐎n厽绁癟wist闁靛棗锕g粭澶愬棘椤撶偛缍侀柛鏍ㄧ墱濞堟厤RISPR缂佹稒鐩埀顒€顦伴悧鍝ヤ沪閳ь剟濡寸€n剚鏆╅悗娑欏姃閸旓拷

闁告娲滅划蹇涙嚄閻愬銈撮幖鏉戠箰閸欏棝姊婚妸銉d海閻犱焦褰冮悥锟� - 婵烇絽宕崣鍡樼閸℃鎺撶鎼达綆鍎戝☉鎾亾濞戞搩浜滃畷鐔虹磼閸℃艾鍔掗悗鍦仱閻涙瑧鎷嬮幑鎰靛悁闁告帞澧楅弳鐔煎箲椤斿灝绐涢柟璨夊倻鐟㈤柛娆樺灥椤宕犻弽顑帡寮搁敓锟�

濞戞挸顑堝ù鍥Υ婵犲嫮鐭庨柤宕囧仜閸炴挳鎽傜€n剚顏ら悹鎰╁妺缁ㄧ増鎷呭⿰鍐ㄧ€婚柡瀣姈閺岀喎鈻旈弴鐘虫毄閻庢稒鍔掗崝鐔煎Υ閿燂拷

相关新闻
    生物通微信公众号
    微信
    新浪微博
    • 急聘职位
    • 高薪职位

    知名企业招聘

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号