功能化磁性纳米颗粒高效吸附去除水中吉非替尼的创新研究及其环境应用价值

本研究针对抗癌药物吉非替尼(Gefitinib)在水体中的污染问题，开发了一种新型功能化磁性纳米吸附剂SPION@CPFO-PAC。研究人员通过将1-环丙基-6-氟-4-氧代-7-(哌嗪-1-基)-1,4-二氢喹诺啉-3-羧酸修饰的SiO2@SPION纳米颗粒应用于药物吸附，在优化条件下实现92.02%的去除率。该吸附剂展现超顺磁性、良好稳定性及四循环重复使用能力，其Freundlich等温线和准二级动力学模型揭示了多层物理化学吸附机制，为抗癌药物污染治理提供了创新解决方案。

　　

随着抗癌药物在临床的广泛应用，其在水环境中的残留引发严重生态隐患。吉非替尼作为表皮生长因子受体(EGFR)酪氨酸激酶抑制剂，虽在癌症治疗中发挥重要作用，但通过人体代谢和医疗废水进入水体后，可能破坏水生生态系统并诱发耐药性。传统水处理技术对这类结构复杂的药物分子往往收效甚微，亟需开发高效、可持续的去除方案。

针对这一挑战，伊朗伊斯兰阿扎德大学Yadegar-e-Imam Khomeini分院化学系的研究团队在《Scientific Reports》发表创新成果。他们巧妙利用超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIONs)的高比表面积和磁响应特性，通过表面功能化修饰构建了新型纳米吸附剂SPION@CPFO-PAC。该材料以硅壳包覆的磁核为载体，通过3-氯丙基三甲氧基硅烷桥接环丙沙星分子，形成具有特异性吸附位点的复合结构，为抗癌药物污染治理提供了纳米技术解决方案。

研究采用共沉淀法制备SPION核心，通过St?ber法进行二氧化硅包覆，再经表面氯丙基化和环丙沙星修饰获得最终吸附剂。表征技术包括TEM/SEM分析形貌、FTIR确认官能团、VSM测定磁性能、XRD鉴定晶型结构，并通过UV-Vis光谱监测吸附动力学。实验设计考察了pH值、接触时间、初始浓度和吸附剂用量等参数影响。

表征分析

电子显微镜显示材料呈20-25 nm均匀球形，EDX证实Fe、O、Si等元素成功复合。FTIR光谱在1719 cm^-1处显示羧酸羰基特征峰，580 cm^-1处出现Fe-O振动峰，证实功能化成功。VSM测定饱和磁化强度为14.55 emu/g，具备超顺磁性，可通过外磁场快速分离。

吸附性能

在pH 4、30分钟、0.02 g吸附剂用量条件下，对100 ng/mL吉非替尼溶液去除率达92.02%。吸附过程符合Freundlich等温线(R²=0.9435)和准二级动力学模型，表明存在多层物理化学吸附。热力学参数(△H=-13.3493 kJ/mol, △G<-8 kJ/mol)证实为自发放热过程。

作用机制

研究表明吸附主要通过三种协同作用：带正电的吉非替N氨基与材料表面羧酸根静电吸引、药物喹诺酮环与吸附剂π-π堆叠、以及氢键网络形成。材料经DMSO洗涤后可重复使用4次仍保持80%效率。

这项研究开创性地将喹诺酮类抗生素修饰的磁性纳米材料应用于抗癌药物去除，其优势在于：1) 高吸附容量(0.2272 mg/g)远超分子印迹聚合物等传统吸附剂；2) 超顺磁性实现快速固液分离；3) CPFO-PAC修饰提供特异性结合位点。该技术为医疗废水处理提供了新思路，其模块化设计理念还可拓展至其他药物污染治理领域，对保障水环境安全和公众健康具有重要意义。