不同介孔碳在去除多西环素抗生素方面的性能比较：实验测定及基于密度泛函理论（DFT）的吸附物特性描述

《Environmental Science: Nano》：Comparison between different mesoporous carbons in the removal of doxycycline antibiotic: experimental assays and description of adsorbate features by density functional theory (DFT)

三种来源不同的介孔碳材料对多西环素的吸附性能及作用机制研究，发现N-MPC-Chi具有最高吸附容量（191.4 mg/g），吸附机制以离子交换为主，同时伴随氢键和静电作用，DFT计算显示多西环素分子轨道与碳材料表面特征匹配。

　　

本研究对比分析了三种不同介孔碳的物理化学性质和形态特征，这些碳材料来源于不同的天然资源。分别以蔗糖为原料制备的碳材料（MPC）、以壳聚糖为原料制备的碳材料（N-MPC-Chi）以及以葡萄糖胺为原料制备的碳材料（N-MPC-Glu）的比表面积分别为1001、904和873平方米/克。X射线光电子能谱（XPS）分析显示，MPC的氧含量最高，因此其表面具有更丰富的电子特性。N-MPC-Chi和N-MPC-Glu的氮含量分别为3.6%和4.6%，这些氮元素与吡啶和吡咯基团有关。这些碳材料被用于吸附抗生素多西环素（DOX），其中N-MPC-Chi表现出最佳的吸附性能，最大吸附容量为191.4毫克/克。动力学和等温吸附实验表明，这些吸附过程符合伪二级反应动力学模型，并且可以用朗缪尔等温吸附模型进行很好地描述。热力学数据分析表明，化学吸附是主要的吸附机制。对多西环素分子进行的密度泛函理论（DFT）分析显示，该分子的最低未占分子轨道（LUMO）位于萘环的三个平面向内环上，而最高占据分子轨道（HOMO）则位于碳酰胺环的平面外部分。后续的动态、等温和热力学研究表明，离子交换是主要的吸附机制，同时氢键和静电作用也在吸附过程中起着重要作用。N-MPC-Chi在真实河水样品中表现出较高的多西环素去除能力，表明其在实际应用中是一种有前景的多西环素吸附剂。