基于纸浆废料衍生絮凝剂PRL-VAc-DMC对抗生素复合污染物的去除机制：从抗生素结构角度的解析

针对水体中抗生素及其复合污染物难降解、高环境风险的问题，山东某团队利用纸浆废料合成木质素基有机絮凝剂PRL-VAc-DMC，系统评估其对β-内酰胺类、喹诺酮类和四环素类抗生素的去除效能。研究发现该絮凝剂通过氢键、n-π*作用和电荷中和等机制高效去除四环素类（如OTC去除率>30%），且腐殖酸（HA）与高岭土共存可协同提升AMX和OTC的去除。该研究为抗生素污染治理提供了结构导向的新型解决方案。

　　

抗生素作为新兴污染物，在自然环境中难以降解，易与腐殖酸（HA）、悬浮颗粒等结合形成复合污染物，加剧生态风险和健康威胁。传统铝铁系混凝剂因分子量小、官能团有限，对抗生素去除效率低下；而合成有机絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）也难以与抗生素形成强相互作用。面对这一挑战，山东某研究团队创新性地利用造纸工业废料——纸浆废料（PR）为原料，通过接枝共聚反应引入乙烯基乙酸酯（VAc）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC），成功开发出兼具高电荷密度与多官能团的木质素基絮凝剂PRL-VAc-DMC，相关成果发表于《Separation and Purification Technology》。

研究团队采用自由基接枝共聚技术合成PRL-VAc-DMC，通过Zeta电位分析、粒径分布测定和红外光谱（FTIR）表征其物化性质。选取6种典型抗生素（AMX、CEX、NOR、OFX、OTC、CTCH）及复合污染物体系（含HA/高岭土），系统考察pH、絮凝剂投加量对去除效率的影响，结合量子化学计算解析相互作用机制。

Flocculation performance of PRL-VAc-DMC for the removal of various antibiotics
实验表明PRL-VAc-DMC对四环素类（OTC、CTCH）去除效果最佳（OTC去除率>30%），远高于β-内酰胺类（AMX、CEX）和喹诺酮类（NOR、OFX）。这归因于四环素分子中羟基、羰基和酰胺基团与絮凝剂形成的氢键及n-π*相互作用，且其高疏水性（logK_ow>1.6）促进吸附。

Effect of coexisting substances on antibiotics removal
HA与高岭土显著提升AMX和OTC的去除率（分别提高15%和10%），因HA作为氢键供体-受体与抗生素形成桥联结构，而高岭土通过表面负电荷增强絮凝剂电荷中和作用。量子化学计算证实AMX的羧基与HA酚羟基的键能达-28.6 kJ/mol。

Removal mechanisms of combined pollutants
复合污染物的去除主要依赖三重机制：（1）PRL-VAc-DMC的季铵基团通过电荷中和降低污染物表面电位；（2）大分子量木质素骨架通过网捕卷扫作用捕获颗粒；（3）苯环间的π-π*堆叠及含氧/氮官能团的氢键协同增强结合力。

该研究首次从分子结构角度阐明了PRL-VAc-DMC对抗生素的选择性去除规律，为工业废料高值化利用和抗生素污染治理提供了双赢策略。特别是揭示了四环素类抗生素因独特的多环结构与丰富官能团，更易通过多重非共价相互作用被去除，这一发现对设计靶向型环境功能材料具有重要指导意义。作者团队指出，未来可针对不同抗生素结构特征优化絮凝剂官能团配比，进一步提升对β-内酰胺类等低效抗生素的去除能力。