经酸盐改性的天然沸石作为一种高效吸附剂，可用于从受污染水中吸附药物成分

《Journal of Water Process Engineering》：Acid-salt-modified natural zeolite as a highly efficient adsorbent for pharmaceuticals from contaminated water

菲律宾天然沸石经硝酸和氯化钠协同改性后（ASMPNZ），对水体中 acetaminophen（ACT）的吸附去除效率达94.3%。通过响应面法优化，最佳条件为载量0.40g、pH2、反应时间60分钟。FTIR证实ACT通过氢键和π-π相互作用吸附，Langmuir单层吸附模型（R2=0.999）和伪二级动力学模型（R2=0.994）揭示了化学吸附机制。酸-盐改性提升了比表面积和离子交换能力，较传统改性方法更具成本效益和适用性

　　### 酸盐改性天然沸石对对乙酰氨基酚去除效果的研究

对乙酰氨基酚（ACT）是一种广泛使用的非处方药物，具有镇痛和退热的功能。然而，其在水体中的大量存在对水生生物构成了严重威胁，因为其具有毒性。因此，开发有效的去除ACT的方法成为环境治理的重要课题。本研究探讨了使用酸盐改性菲律宾天然沸石（ASMPNZ）去除ACT的效果，这是一种低成本且具有广泛适用性的材料。

#### 研究背景

全球范围内，水体中含有的药物残留已经成为一个日益严重的问题。根据最新的监测研究，ACT在多个地区的地表水中被检测到，其浓度范围从纳克/升（ng/L）到微克/升（μg/L）不等。ACT的广泛使用和排入水体的途径，如不当处置、工业和医疗废水排放以及人体代谢物的排放，使其成为水环境中常见的污染物之一。ACT的溶度为12.8克/升，因此大量ACT通过人类排泄进入水体。其在水体中的浓度变化不仅影响水生生物的健康，还可能对人类造成潜在危害。

#### 材料与方法

本研究采用菲律宾天然沸石作为基础材料，并对其进行酸盐改性处理以提高其吸附性能。酸处理通过使用0.5摩尔/升的硝酸，以去除表面杂质并增强其孔隙结构。盐处理则采用1摩尔/升的氯化钠溶液，以增加沸石的离子交换能力和吸附活性。改性后的材料（ASMPNZ）通过扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行表征，以评估其表面结构和功能基团的变化。

为了优化ACT去除效率，研究采用了响应面法（RSM）中的中心组合设计（CCD）。实验变量包括ASMPNZ的负载量、接触时间和pH值。通过这些参数的优化，研究人员确定了最佳的去除条件。此外，还通过吸附等温线和动力学模型分析了ACT在ASMPNZ上的吸附机制，包括朗格缪尔（Langmuir）等温线模型和伪二级动力学模型。

#### 实验结果与分析

实验结果显示，在最佳条件下，即0.40克ASMPNZ、60分钟反应时间和pH 2，ACT的去除效率达到了94.3%。这些参数的优化不仅通过实验验证，还通过统计分析确保了模型的可靠性。通过方差分析（ANOVA）评估了模型的显著性，其中模型的p值小于0.0001，表明实验数据与模型预测之间存在高度一致性。此外，模型的预测值与实际值之间的相关系数（R2）为0.9619，进一步支持了模型的有效性。

在吸附等温线研究中，朗格缪尔模型的R2值为0.999，表明ACT在ASMPNZ上的吸附主要发生在均匀表面的单层覆盖。相比之下，弗伦德利希（Freundlich）模型的R2值为0.967，虽然也能描述吸附过程，但不如朗格缪尔模型准确。这表明ACT与ASMPNZ的相互作用更倾向于单层吸附，而不是多层吸附。

在吸附动力学研究中，伪二级动力学模型的R2值为0.994，远高于伪一级动力学模型的0.992。伪二级模型的高相关系数和实验与理论值之间的良好匹配，表明吸附过程主要由化学吸附控制。此外，FTIR分析结果显示，ACT分子与ASMPNZ表面的羟基和芳香环之间发生了化学键合，进一步支持了化学吸附机制的结论。

#### 研究意义

本研究不仅验证了酸盐改性天然沸石在去除ACT方面的有效性，还为解决制药污染问题提供了新的思路。相比以往的单一改性方法，酸盐改性显著提高了沸石的吸附能力，使其成为一种高效且经济的吸附材料。研究结果表明，ASMPNZ在去除ACT方面的性能优于其他改性沸石，这为实际应用提供了坚实的基础。

#### 结论

综上所述，本研究展示了酸盐改性天然沸石在去除水体中对乙酰氨基酚方面的潜力。通过SEM和FTIR分析，研究人员确认了材料改性后的结构和功能基团的变化，为吸附机制提供了直接证据。RSM优化方法有效识别了最佳去除条件，并通过实验验证了其可行性。吸附等温线和动力学模型的结果表明，ACT在ASMPNZ上的吸附主要遵循单层覆盖机制，并且由化学吸附主导。这些发现不仅为制药污染治理提供了新的材料选择，也为进一步研究提供了方向。未来的研究应考虑在实际废水环境中测试ASMPNZ的性能，并探索其在大规模应用中的经济性和环境影响。