新型CoTeO3 @β-C3 N4 纳米杂化材料高效去除天然水体中药物残留的研究

针对制药污染物（Phs）在水体中的扩散难题，研究人员通过热解法制备了β-C3 N4 及CoTeO3 掺杂纳米杂化材料（10/20-CoTe/β），用于高效吸附环丙沙星（CPF）。实验表明，20-CoTe/β在弱酸性条件下吸附量达93.22 mg g-1 ，对海水和地下水中的CPF去除率超98%，且可重复使用4次仅损失6%效率。该研究为水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着现代医药产业的快速发展，抗生素等药物污染物(Pharmaceuticals, Phs)通过工业废水和生活污水持续进入自然水体，已构成全球性环境威胁。环丙沙星(Ciprofloxacin, CPF)作为典型的氟喹诺酮类抗生素，在污水处理厂出水中的残留浓度可达6.0 μg L^?1
，不仅诱发细菌耐药性，还可能通过生物累积危害生态系统。传统水处理技术对这类高亲水性、难降解的Phs去除效率有限，亟需开发新型高效吸附材料。

为解决这一难题，来自Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University的研究团队创新性地采用热解盐酸胍(Gu-HCl)的方法制备β相碳氮化物(β-C₃
N₄
)，并通过原位掺杂10%和20%比例的钴碲氧化物(CoTeO₃
)，成功构建了两种纳米杂化吸附剂(10-CoTe/β和20-CoTe/β)。研究发现，20-CoTe/β在pH=6条件下对CPF的吸附容量高达93.22 mg g^-1
，对加标海水和地下水的CPF去除率分别达到99.73%和98.13%，且经过4次循环使用后性能仅下降6%。该成果发表于《Journal of Molecular Structure》，为水环境药物污染治理提供了经济可行的技术方案。

研究采用的关键技术包括：X射线衍射(XRD)分析晶体结构、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征官能团、扫描电镜-能谱联用(SEM-EDX)观察形貌元素组成、比表面积测试(BET)评估吸附性能，以及动力学模型拟合揭示吸附机制。

表征结果
XRD证实β-C₃
N₄
为六方晶系，特征峰位于27.56°(110)；掺杂后材料出现CoTeO₃
的特征衍射峰。FTIR显示β-C₃
N₄
的典型tri-s-triazine环振动峰(805 cm^?1
)，掺杂后新增Co-O和Te-O键振动信号。

吸附性能
在pH=6的弱酸性环境中，20-CoTe/β的CPF吸附量是纯β-C₃
N₄
的3.2倍。伪二级动力学模型(R²

0.99)表明化学吸附主导过程，颗粒内扩散模型显示多层吸附特征。10-CoTe/β符合Langmuir单分子层吸附，而20-CoTe/β呈现吸热型非理想吸附。

实际应用
20-CoTe/β处理5 mg L^-1
CPF污染的地下水(G-W)和海水(S-W)时，30分钟去除率均超98%。四次循环实验证实其结构稳定性，再生后吸附效率仍保持94%以上。

该研究首次将CoTeO₃
与β-C₃
N₄
复合用于Phs去除，揭示了不同掺杂比例对吸附机制的调控作用。20-CoTe/β展现的快速、高效、可重复使用特性，使其在工业废水深度处理领域具有重要应用价值，为应对全球药物污染挑战提供了新材料范式。研究同时指出，需进一步探索材料在复杂水质矩阵中的长期稳定性及对其它Phs的广谱去除能力。