综述：碳纳米材料用于新兴污染物修复——精准治理水循环中的药物污染

这篇综述系统阐述了碳纳米材料（CNMs，包括CNTs、GO和CDs）在水处理领域对抗药物污染（如抗生素、NSAIDs和激素）的创新应用。通过吸附（π-π堆叠）、催化（ROS生成）和光降解（如TiO2 /CQD复合物）等多重机制，CNMs展现出超越传统活性炭的效能（吸附量高达666 mg/g），同时探讨了其环境持久性、纳米毒性及成本效益等挑战，为可持续水处理技术发展提供了重要洞见。

　　

碳纳米材料对抗药物污染的水处理革命

药物污染的生态威胁

随着全球药物消耗量激增，未代谢的抗生素、非甾体抗炎药（NSAIDs）和激素通过医疗废水、农业径流进入水体。北极圈甚至检测到48.74 ng/L的对乙酰氨基酚，而抗生素耐药基因（ARGs）的扩散已构成"隐形 pandemic"。传统水处理工艺对低浓度、高稳定性的药物分子束手无策，急需新型解决方案。

碳纳米材料的三重武器

碳纳米管（CNTs）凭借多孔结构和2630 m²
/g比表面积，通过磁改性实现高效捕获。例如镍铁氧体-CNT复合物在UV-A光下2小时完全降解磺胺甲恶唑（5 mg/L），而垂直排列CNT膜对17β-雌二醇的吸附量达0.4 ng cm^-2
。

石墨烯氧化物（GO）的含氧官能团（-COOH/-OH）赋予其卓越催化性能。硼氧化物修饰的氮掺杂GO在可见光下3小时降解98%环丙沙星，其速率常数0.015 min^-1
远超传统催化剂。纤维素/GO气凝胶更展现454.6 mg/g四环素吸附量，10次循环后性能无损。

碳点（CDs）作为新兴"绿色催化剂"，椰子衍生的CDs/ZnO复合材料在太阳光下实现96%氧氟沙星降解。咖啡渣制备的CQDs使TiO₂
光响应范围拓宽至可见光区，对卡马西平去除率提升33.3%。

机制解码：从吸附到摧毁

π-π电子相互作用主导疏水性药物（如双氯芬酸）吸附，而静电吸引更适用于带电分子（如四环素在pH 4时质子化）。催化降解则依赖活性氧（•OH/•O₂
^-
）攻击药物分子关键基团——氮掺杂石墨烯生物炭通过降低带隙（3.20→3.12 eV）显著提升电子-空穴分离效率。

可持续发展挑战

尽管NiCo/NC双金属碳材料展现8次循环稳定性，但CNMs的环境归趋仍存隐忧。MPO酶降解实验显示GO可被氧化为低毒量子点，而壳聚糖基CDs的细胞毒性测试（XTT法）证实其生物相容性。成本方面，生物质衍生CNMs将生产成本从500/kg降至50/kg，为规模化应用铺路。

未来智能水处理

人工智能辅助的CNM设计正加速材料优化，MOF-CDs杂化材料已实现90%萘普森降解。风电驱动的CNM电极系统与微生物燃料电池（MFCs）结合，预示"零能耗"水处理时代的来临。随着各国对药物污染物排放标准收紧，功能化CNMs有望成为下一代水处理技术的核心组件。