双氯芬酸钠(DCF)是一种突出的新兴污染物,引起了广泛的环境关注[1]。作为一种非甾体抗炎药,DCF被广泛用于缓解疼痛和退烧。由于其潜在的致突变性、致癌性和毒性,DCF在水环境中的残留已成为亟待解决的问题[[2], [3], [4]]。目前,DCF经常在地下水、地表水甚至饮用水中被检测到。由于其复杂的分子结构,DCF难以生物降解且难以去除[5]。因此,高效去除水/废水中的DCF仍然是保护环境和人类健康的关键挑战。
有多种技术可用于去除这类药物污染物,如光催化降解、膜分离、氧化、臭氧氧化、生物降解等[6]。然而,这些技术存在效率低、操作复杂、降解产物毒性高以及产生有害副产物等缺点[2]。吸附技术具有成本低、操作简便、效率高、可再生且不会造成二次污染等优点[7,8],因此被广泛用于DCF的去除。已经开发了多种吸附剂,如活性炭[9,10]、MOF[11, [12], [13], [14]、纤维素[15]、LDH[5,16,17]、氧化石墨烯[18]、粘土[19]和胺功能化聚合物[20,21]来去除水中的DCF。然而,大多数吸附剂在高pH值和高盐介质下的吸附能力显著下降。例如,聚苯胺涂层磁纳米粒子在pH 4时可以吸附90%的DCF,但在pH 7和10时几乎无法吸附,因为吸附剂和DCF都带有负电荷[22]。pH 10时,聚二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯功能化氧化石墨烯的吸附能力仅为pH 5时的10%[23]。活性炭纤维在碱性条件下对DCF的吸附能力大幅下降,当NaCl浓度达到0.01 M时降低了20%[24]。基于壳聚糖的多层吸附剂也表现出类似现象[25]。然而,在吸附过程中调整pH值并不经济[26]。因此,迫切需要开发新型吸附剂以在高盐和高pH条件下去除DCF。
蛭石(VMT)是一种常见的层状粘土,具有天然、丰富、无毒和低成本的特点[27]。由于其高比表面积,VMT或膨胀VMT对阳离子金属[28,29]和放射性核素铯离子[30]具有良好的吸附性能,这是由于VMT(K+)与阳离子金属之间的离子交换作用。为了提高其吸附性能,通常采用酸活化和平磨处理来增加其内表面积[[31], [32]]。研究发现,不同的酸活化方法可以增强其催化活性,因为酸能够部分溶解Fe、Al和Mg离子,从而增加比表面积和孔隙体积[33]。但目前尚无关于不同酸化程度对吸附性能影响的报道。
另一种提高吸附性能的有效方法是化学改性[34,8]。化学改性的有机-VMT已被证明对金属[35]、染料[36]、磷酸盐[37]、氯酚[38]、放射性核素[39]和药物[40]具有更高的吸附性能。尽管粘土材料对阳离子离子的吸附能力很强,但对于持久性非极性疏水性污染物和/或带负电荷的有机物质的去除效果较差,因此需要对其进行化学改性。已使用多种有机单体(如磷脂酰胆碱、烷基铵盐、十二烷基二甲基甜菜碱)对VMT进行改性,以去除四环素[41,42]、布洛芬[43]、4-氨基安替比林[44]和环丙沙星[45]等药物[45]。然而,这些改性的方法和效果还不够理想,仍需要研究和开发新的、非传统的表面改性方法。
离子液体(ILs)由于其优异的稳定性、可控的结构和对目标分子的良好亲和力[46,8],成为理想的分离溶剂。ILs可以通过静电作用、疏水作用、π-π堆叠作用和氢键与目标化合物相互作用。然而,其实际应用受到液态的限制。因此,设计合适的ILs与其他固体复合材料的组合对于吸附应用至关重要。最近有报道将ILs引入MOF[46]、纤维素微球[48]、PVDF[49]、二氧化硅颗粒[50]、聚醚砜纳米纤维膜[51]、二乙烯基苯[52]和β-环糊精[53]等材料中用于吸附。Cheng等人发现,聚苯乙烯负载的IL材料即使在pH值较高的条件下也表现出优异的DCF吸附性能,并且不受无机离子的影响[54]。
在这项研究中,通过酸活化技术和辐射技术合成了蛭石纳米片负载的ILs材料。酸处理破坏了VMT的晶体结构,从而增加了表面-OH基团,有利于后续的辐射改性[55]。因此,酸活化与辐射接枝相结合可以产生协同效应,显著提高VMT的吸附性能。预期这种蛭石负载的咪唑鎓型ILs能够在碱性介质和高盐介质中有效去除DCF。