微精选

  金属有机骨架（MOF）是一种很有前途的抗生素去除吸附剂，但MOF粉末固有的可回收性差限制了其进一步应用。此外，对其主要吸附机理及其定量评价的研究较少。在这里，通过一种新型吸附剂（装载MIL-88B（Fe）的生物炭，表示为BC@MIL-88B(Fe)），将其进一步固定在3D多孔明胶（GA）底物中，分别实现了对四环素（TC）和土霉素（OTC）的821.51和931.87 mg/g的超高吸附量。制备的BCM/GA200在较宽的pH范围和腐植酸的干扰下均表现出优异的吸附性能。在不同的实际水样中均可达到bbb80次循环，并保持较高的吸附效率。值得注意的是，BCM/GA200可以在含有其他种类抗生素的多元系统和动态吸附系统中选择性去除四环素。最重要的是，x射线光电子能谱、二维傅里叶变换红外相关能谱和密度泛函理论技术的结果表明：(1)在pH < 4.0时，络合作用对TC吸附的贡献为25% ~ 45%，而孔隙填充和氢键作用占总吸收率的39% ~ 72%。在4.0 < pH < 10.0时，络合作用的贡献增加到60% ~ 82%，而静电吸引和π -π相互作用的贡献分别为4% ~ 13%和2% ~ 10%。(2)在3.0 < pH < 10.0条件下，络合作用占OTC吸附总量的55% ~ 86%，静电吸引和π -π相互作用分别占3% ~ 10%和3% ~ 15%。(3) pH > 10.0时，TC和OTC的吸附以孔隙填充为主。最后，利用2D-FTIR-COS分析了主要吸附机理的反应顺序。这项工作解决了MOF粉末可回收性差的问题，并为MOF去除抗生素的机理提供了新的见解。

制备

将1.0 g GA和0.0566 g十二烷基硫酸钠(SDS)加入到20 mL 45℃的超纯水中，加入适量BC@MIL-88B(Fe)（0.2、0.4、0.6 g）搅拌1 h。随后，对悬浮液进行剧烈搅拌，产生大量气泡。制备的材料在- 25◦C冷冻干燥24小时。最后，BCM/GAx在不同温度（x = 100◦C, 200◦C, 300◦C）下，在N2气氛下在炉中碳化3小时。随后，温度自然冷却至室温。

图1.BC@MIL-88B(Fe) (a)和BCM/GA200 （b-c）的SEM图像。0 ~ 9 s内BCM/GA200的XRD谱图(d)、FTIR谱图(e)、TG曲线(f)、DTG曲线(g)、N2吸附-解吸等温线(h)、孔径分布(i)和水接触角(j)

图2.制备的气凝胶整体片的弹性试验。纯GA (a)、BCM0.2/GA200 (b)、BCM0.4/GA200 (c)、BCM0.6/GA200 (d)加压后的状态以及浸泡和加压后的状态

图3.TC (a)和OTC (b)在GA、BCM/GA200、BC@MIL-88B（Fe）和BCM/GA300 （pH = 7.0, m/V = 0.5 g L−1,T = 298 K）上的吸附等温线，TC (c)和OTC (d)在BCM/GA200、活化型、高岭土、Al2O3、沸石、illite和蒙脱土（pH = 7.0, m/V = 0.5 g L−1,C0 = 30-250 mg L−1,T = 298 K）上的吸附等温线

图4.吸附动力学(a)，颗粒内扩散模型拟合结果（pH = 7.0, m/V = 0.5 g L−1,C0 = 40 mg L−1,T = 298 K） (b)，吸附等温线(c)， Temkin模型拟合结果(d)，不同温度（pH = 7.0, m/V = 0.5 g L−1,C0 = 30-300 mg L−1,T = 24 h）下TC和OTC在BCM/GA200上的吸附热力学(e)

图5.BCM/GA200 对 TC (a) 和 OTC (b) 的吸附、BCM/GA200 对 TC (c) 和 OTC (d) 的吸附、BCM/GA200 对 TC (c) 和 OTC (d) 的吸附，不同 pH 值下 BCM/GA200 对 TC (g) 和 OTC (h) 吸附的不同机理的贡献。

图6.MIL-88B（Fe）对TC结构和结合能的优化MIL-88B（Fe）的ESP映射(a)和TC (b)， TC通过静电相互作用(c)、络合作用(e)、π-π相互作用(g)和氢键(i)吸附在MIL-88B（Fe）上，以及相应的电荷密度差（d、f、h和j）等面（水平0.001）

图7.加载TC和OTC的BCM/GA200的FTIR光谱（a, b）以及相应的525-4000 cm−1区域2D-FTIR-COS的同步和异步图

图8.BCM/GA200吸附TC和OTC主要吸附机理的定量评价

图9.BCM/GA200对TC和OTC的吸附可回收性(a)， BCM/GA200对实际水样中TC和OTC的去除(b) ，不同流速下BCM/GA200对TC (c)和OTC (d)的去除效率，以及连续流实验示意图(e)

结论

采用简单的方法合成了BCM/GA200，并通过SEM、XRD、FTIR、TG、XPS和N2吸附-脱附技术对其进行了表征，深入了解了BCM/GA200的理化性质。吸附结果表明，TC和OTC在BCM/GA200上的吸附主要以单层化学吸附为主，为自发吸热过程。BCM/GA200在共存离子和HA的影响下仍表现良好，并能适应较宽的pH范围。同时，BCM/GA200具有良好的回收能力，可有效去除不同实际水样中的TC和OTC。更重要的是，BCM/GA200在单一和混合污染物系统中都表现出对tc的选择性吸附能力。动态吸附结果也证明了BCM/GA200的高效吸附能力。

最后，通过实验和表征，定量分析了不同吸附机理对不同溶液ph值的贡献。然而，受限于目前的技术和研究，我们只能对静电相互作用、络合作用和π-π相互作用进行定量分析，无法确定氢键和孔隙填充的贡献。因此，BCM/ GA200是一种具有广阔应用前景的吸附剂。更重要的是，同样的方法可以制备不同用途的复合气凝胶，并将其应用于不同的领域。本文仅对BC@MIL-88B（Fe）和明胶复合材料进行了研究。我们认为BC@MIL-88B（Fe）与其他支撑材料的复合材料也具有重要的研究意义。

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