壳聚糖/锰改性生物炭多活性中心协同吸附高效去除水体中的环丙沙星

本研究开发了一种新型壳聚糖-锰共改性生物炭（CS-MBC），通过浸渍-热解耦合法制备，实现了对环丙沙星（CIP）的高效吸附（167.08 mg·g-1）。该材料在复杂环境（不同离子强度、腐殖酸共存及实际水体）中表现出卓越稳定性，其强化机制涉及Mn物种与CIP哌嗪基团的配位作用、π-π电子供体-受体相互作用，以及表面氨基/羟基介导的氢键与静电作用，为抗生素污染治理提供了新型功能化材料设计策略。

　　

化学试剂（Chemical reagent）

本实验所用化学试剂详见表S1。所有实验过程均使用实验室自产去离子水（DI water）。

生物炭制备（Preparation of biochar）

MBC的制备方法见补充材料。CS-MBC的合成流程（图1a）如下：将1 g壳聚糖（CS）分散于0.02 M醋酸溶液中搅拌4小时，加入2 g MBC后继续搅拌4小时。混合物在室温下老化24小时后分离。

生物炭的理化性质（Physicochemical properties of biochar）

图1b1-d2展示了BC、MBC和CS-MBC的SEM图像。BC结构致密且表面相对光滑；MBC表面出现褶皱并负载大量微小颗粒，初步推测为锰氧化物（图1c1-c2）；CS-MBC负载锰氧化物和CS颗粒后表面显著粗糙化，并形成大量孔隙（图1d1-d2）。与BC相比，CS-MBC通过锰氧化物插层和壳聚糖修饰进一步扩展了孔结构，为污染物吸附提供了更多活性位点。

结论（Conclusions）

本研究通过电子轨道调控和表面活性位点优化，成功合成CS-MBC并实现其对CIP的高效吸附。科学意义在于揭示了轨道层面的吸附机制：Mn 3d轨道与CIP哌嗪基团配位，同时壳聚糖氨基促进电子向氟喹诺酮π体系转移。CS-MBC展现出卓越的实际应用潜力，在复杂环境中仍保持98.49%的高效去除率。