球磨时间与壳聚糖/碳化硼比例对四环素吸附性能的影响机制研究

针对水体中抗生素污染难题，研究人员通过机械合金化技术制备不同壳聚糖比例(10-40%)和球磨时间(5-15 h)的B4C/壳聚糖(BCS)复合材料，发现20%壳聚糖比例+5小时球磨的BCS0.2样品具有最优吸附性能(15.26 mg g-1)，其Temkin等温模型和Elovich动力学特征为抗生素废水处理提供了新型可持续吸附方案。

　　

随着抗生素在水体环境中的持续累积，四环素(TC)等药物污染物已对生态系统构成严峻威胁。这类物质不仅会诱导微生物耐药性，还可能通过食物链危害人类健康。传统水处理技术对低浓度抗生素的去除效率有限，而吸附法因其操作简便、成本可控等优势成为研究热点。碳化硼(B₄C)作为硬度仅次于金刚石的超硬材料，其独特的化学稳定性与机械性能为吸附剂开发提供了新思路，但纯B₄C比表面积有限。与此同时，天然高分子壳聚糖虽然富含活性官能团(-NH₂, -OH等)，却存在液相易团聚的缺陷。如何将两者的优势互补，构建高效稳定的复合吸附剂，成为突破现有技术瓶颈的关键。

研究人员通过机械合金化这一绿色合成技术，创新性地将B₄C与壳聚糖复合，系统探究了球磨时间(5-15小时)和壳聚糖比例(10-40%)对TC吸附性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征手段证实，20%壳聚糖配比经5小时球磨获得的BCS0.2复合材料展现出最优异的吸附特性：其比表面积达10.83 m² g^-1，平均孔径3.14 nm，对TC的单层吸附容量为15.26 mg g^-1。动力学研究表明，吸附过程符合Elovich模型，表明存在化学吸附作用；等温线数据则与Temkin模型高度吻合，暗示吸附质与吸附剂间存在不均匀的相互作用能分布。值得注意的是，溶液pH值显著影响吸附效率——当pH低于4.3时，由于材料表面质子化导致静电排斥增强，TC吸附量明显下降。

在技术方法层面，研究团队通过机械合金化结合酸浸工艺制备B₄C基体，采用球磨法实现壳聚糖均匀负载，并运用BET比表面积分析、扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)等技术全面表征材料特性。吸附实验系统考察了接触时间、初始浓度、温度等参数，通过拟合不同动力学和等温线模型揭示吸附机制。

材料表征
XRD图谱显示复合材料中B₄C为主晶相，伴随少量未反应的B₂O₃和MgO杂质。FT-IR证实壳聚糖的氨基(-NH₂)和羟基(-OH)成功引入复合材料体系，为TC吸附提供活性位点。

吸附性能
BCS0.2在300分钟内达到吸附平衡，对TC的去除率显著高于纯B₄C。实际水体(自来水和饮用水)中的溶解性有机物反而轻微提升了吸附效果，这为实际应用提供了重要参考。

再生性能
使用0.5 M NaOH进行脱附再生后，复合材料在第三次循环仍保持43.26%的去除率，证明其具有一定的重复使用潜力。

该研究不仅为抗生素污染控制提供了新型功能材料，更通过机械合金化这一低能耗工艺实现了材料性能的精准调控。BCS复合材料兼具B₄C的结构稳定性和壳聚糖的丰富官能团特性，其pH响应特性为设计智能吸附系统提供了新思路。尽管循环稳定性有待进一步提升，但这项工作为开发环境友好型水处理技术开辟了创新路径，对实现可持续发展目标具有重要实践意义。