静(jìng)電(diàn)紡丝(sī)疏水(shuǐ)改性(xìng)聚丙烯酸(suān)水(shuǐ)凝胶(jiāo)纳米(mǐ)纖維用(yòng)于(yú)去(qù)除环(huán)丙沙(shā)星(xīng)

全(quán)球水(shuǐ)資源短(duǎn)缺问題(tí)日(rì)益嚴重(zhòng)，主(zhǔ)要(yào)归因(yīn)于(yú)工業活動(dòng)導致(zhì)的(de)水(shuǐ)污染以(yǐ)及(jí)对(duì)清潔水(shuǐ)資源需求的(de)不(bù)斷增长(cháng)。據(jù)預測，到2025年(nián)，全(quán)球超过(guò)三(sān)分(fēn)之二(èr)的(de)人(rén)口(kǒu)可(kě)能(néng)面(miàn)臨水(shuǐ)資源短(duǎn)缺。抗生(shēng)素作(zuò)为(wèi)一(yī)類(lèi)重(zhòng)要(yào)的(de)污染物(wù)，由(yóu)于(yú)其(qí)广泛的(de)使用(yòng)和(hé)難以(yǐ)降解(jiě)的(de)特(tè)性(xìng)，对(duì)环(huán)境和(hé)人(rén)類(lèi)健康構成(chéng)了(le)威胁。傳統的(de)廢水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)方(fāng)法(fǎ)在(zài)去(qù)除抗生(shēng)素方(fāng)面(miàn)效率低(dī)下(xià)，因(yīn)此(cǐ)開(kāi)发新型的(de)吸附材料以(yǐ)有(yǒu)效去(qù)除这(zhè)些(xiē)污染物(wù)變(biàn)得至(zhì)關(guān)重(zhòng)要(yào)。

伊斯坦布(bù)爾技術(shù)大(dà)學(xué)（Istanbul Technical University）的(de)Okay教授及(jí)其(qí)团(tuán)隊在(zài)《Journal of Polymers and the Environment》期(qī)刊(kān)发布(bù)了(le)題(tí)为(wèi)“Design of Electrospun Hydrophobically Modified Polyacrylic acid Hydrogel Nanofibers and their Application for Removal of Ciprofloxacin”的(de)研究成(chéng)果(guǒ)。該团(tuán)隊通(tòng)过(guò)静(jìng)電(diàn)紡丝(sī)技術(shù)制備了(le)一(yī)種(zhǒng)新型的(de)聚丙烯酸(suān)基水(shuǐ)凝胶(jiāo)纳米(mǐ)纖維。該团(tuán)隊首先(xiān)将丙烯酸(suān)（AAc）與(yǔ)十(shí)六(liù)烷基丙烯酸(suān)酯（C16A）共聚，形成(chéng)物(wù)理(lǐ)交聯的(de)水(shuǐ)凝胶(jiāo)。通(tòng)过(guò)引入疏水(shuǐ)相互作(zuò)用(yòng)，这(zhè)種(zhǒng)水(shuǐ)凝胶(jiāo)在(zài)有(yǒu)機(jī)溶劑中(zhōng)具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)溶解(jiě)性(xìng)，從而(ér)使其(qí)适合用(yòng)于(yú)静(jìng)電(diàn)紡丝(sī)。制備流程如(rú)下(xià)图(tú)。

研究发現(xiàn)，當C16A的(de)摩爾分(fēn)數为(wèi)35%时(shí)，制備的(de)纳米(mǐ)纖維展(zhǎn)現(xiàn)出(chū)最(zuì)佳的(de)纖維尺(chǐ)寸(cùn)和(hé)表(biǎo)面(miàn)光(guāng)滑度(dù)，具有(yǒu)優异(yì)的(de)吸附性(xìng)能(néng)，能(néng)夠高(gāo)效去(qù)除水(shuǐ)中(zhōng)的(de)环(huán)丙沙(shā)星(xīng)（CIP）。（图(tú)1）

图(tú)1.含有(yǒu)50%（a）、35%（b）、30%（c）和(hé)25%（d）C16A的(de)電(diàn)紡P(AAc-co-C16A)水(shuǐ)凝胶(jiāo)纳米(mǐ)纖維的(de)SEM图(tú)像和(hé)纖維尺(chǐ)寸(cùn)分(fēn)布(bù)。SEM图(tú)像中(zhōng)的(de)比例尺(chǐ)为(wèi)5微米(mǐ)。

 

Zeta電(diàn)位(wèi)測試顯示，纳米(mǐ)纖維表(biǎo)面(miàn)在(zài)pH 4到10之間(jiān)呈負電(diàn)荷，这(zhè)有(yǒu)助于(yú)通(tòng)过(guò)静(jìng)電(diàn)相互作(zuò)用(yòng)吸附带(dài)正(zhèng)電(diàn)的(de)CIP分(fēn)子。實(shí)验(yàn)结果(guǒ)表(biǎo)明(míng)，含有(yǒu)35 mol% C16A的(de)纳米(mǐ)纖維在(zài)60小时(shí)內(nèi)达(dá)到吸附平衡，去(qù)除效率高(gāo)达(dá)98%。（图(tú)2）

图(tú)2. 纳米(mǐ)纖維对(duì)CIP的(de)吸附特(tè)性(xìng)。（a）溶液中(zhōng)CIP濃度(dù)Ct（圆(yuán)圈）、纳米(mǐ)纖維吸附的(de)CIP量(liàng)qt（三(sān)角(jiǎo)形）和(hé)CIP去(qù)除效率E（柱(zhù)狀图(tú)）随接觸时(shí)間(jiān)的(de)變(biàn)化(huà)。C16A含量(liàng)为(wèi)35%。（b）纳米(mǐ)纖維中(zhōng)C16A含量(liàng)对(duì)CIP濃度(dù)随时(shí)間(jiān)變(biàn)化(huà)的(de)影響。C16A含量(liàng)已标(biāo)明(míng)。（c）初始濃度(dù)Co对(duì)qe和(hé)E的(de)影響。（d）含有(yǒu)35% C16A的(de)CIP負载(zài)纳米(mǐ)纖維的(de)解(jiě)吸效率。

吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)验(yàn)表(biǎo)明(míng)，僞二(èr)階(jiē)模型（R² = 0.9785）比僞一(yī)階(jiē)模型（R² = 0.9296）更(gèng)符合實(shí)验(yàn)數據(jù)，表(biǎo)明(míng)化(huà)學(xué)吸附是(shì)主(zhǔ)要(yào)機(jī)制。Langmuir等温模型（R² = 0.9998）表(biǎo)明(míng)吸附过(guò)程为(wèi)单层(céng)吸附。（图(tú)3）

簡而(ér)言之，这(zhè)種(zhǒng)材料通(tòng)过(guò)引入疏水(shuǐ)相互作(zuò)用(yòng)，在(zài)實(shí)验(yàn)室(shì)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)表(biǎo)現(xiàn)出(chū)对(duì)环(huán)丙沙(shā)星(xīng)（CIP）的(de)高(gāo)效吸附去(qù)除，可(kě)为(wèi)环(huán)境污染物(wù)的(de)可(kě)持(chí)續去(qù)除提(tí)供新的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)。但由(yóu)于(yú)作(zuò)为(wèi)块(kuài)狀吸附劑固有(yǒu)的(de)缺陷，如(rú)不(bù)可(kě)逆吸附和(hé)在(zài)複雜基質(zhì)中(zhōng)潛在(zài)的(de)污染问題(tí)，未来(lái)的(de)研究将集中(zhōng)于(yú)通(tòng)过(guò)结構改性(xìng)或(huò)引入促進(jìn)解(jiě)吸的(de)功能(néng)团(tuán)来(lái)提(tí)高(gāo)这(zhè)些(xiē)水(shuǐ)凝胶(jiāo)的(de)可(kě)重(zhòng)複使用(yòng)性(xìng)。

文(wén)章(zhāng)来(lái)源：https://doi.org/10.1007/s10924-025-03504-9