PEG/盐/水双相体系中双氯芬酸的高效绿色萃取机制及环境应用研究

本研究针对环境中广泛存在的非甾体抗炎药双氯芬酸(DFC)污染问题，创新性采用聚乙二醇(PEG)/盐/水双相体系(ATPS)实现高效萃取。结果表明，PEG-1000 g mol?1与柠檬酸钠组成的ATPS在10 ppm浓度下萃取效率达99.9%，UV-Vis光谱揭示其通过氢键作用转移至聚合物相。该技术为药物污染物治理提供了可持续解决方案。

　　

【研究背景】
双氯芬酸(Diclofenac, DFC)作为全球年消耗量达940吨的常用非甾体抗炎药(NSAID)，已在水体、土壤甚至生物体内广泛检出。其代谢物毒性高于母体化合物，且传统处理方法面临有机溶剂污染、效率低下等挑战。墨西哥某研究团队在《RSC Advances》发表的研究，开创性地利用完全水基的聚乙二醇(PEG)/盐双相体系(ATPS)，实现了DFC的高效绿色萃取，为环境污染物治理提供了新范式。

【技术方法】
研究通过构建PEG-400/PEG-1000分别与柠檬酸钠/硫酸钠的ATPS体系，采用浊点滴定法绘制双节线，利用Merchuk方程建模优化操作点。通过UV-Vis光谱（检测波长276-283 nm）定量分析DFC在两相中的分布，结合pH监测和物种分布图解析萃取机制。所有实验在298.15 K下进行，数据经三重重复验证。

【研究结果】
3.1 双节线建模与操作点选择
通过Merchuk方程拟合的ATPS双节线模型与实验数据高度吻合（R²>0.95）。选择靠近双节线的首操作点(FOP)和远端末操作点(LOP)，确保相体积比(V_PP/V_SP)=1。

3.2 DFC萃取效率
PEG-1000/柠檬酸钠体系在LOP条件(25.5% w w^?1 PEG+21.5%盐)下实现99.9%萃取率，显著优于PEG-400/硫酸钠体系(94.2-97.7%)。分子量更高的PEG-1000因其疏水性增强和盐析效应协同提升效率。

3.3 相体积比影响
调整初始PEG/盐浓度改变相体积比时，所有体系保持>99.9%萃取率，且DFC在聚合物相浓缩达2.5倍，证实工艺的工业适配性。

3.4 pH与初始浓度效应
柠檬酸盐体系(pH>6)全程保持高效，而硫酸盐体系在pH<4.15时因DFC质子化(HDFC)导致沉淀。物种分布图显示，pH>pK_a(4.15)时阴离子DFC^?更易被萃取。

3.5 氢键转移机制
UV-Vis光谱显示DFC最大吸收峰从276 nm红移至283 nm，证实PEG末端羟基与DFC羧基氧形成氢键。两种作用机制被提出：碱性条件下PEG-OH…O^?-DFC键合，酸性条件下PEG-O…H-DFC相互作用。

【结论与意义】
该研究确立了ATPS技术处理药物污染物的三大优势：①环境友好性（避免有机溶剂）；②超高效率（>99.9%）；③浓度富集功能。特别值得注意的是，PEG-1000/柠檬酸钠体系在实现近乎完全萃取的同时，两相间PEG和盐的质量转移极低，大幅降低后续分离成本。研究者提出的氢键作用机制为设计新型萃取系统提供了理论依据，而pH敏感性的发现则指导了实际应用中缓冲体系的优化选择。这项工作不仅为DFC污染治理提供了立即可行的方案，其技术框架更可拓展至其他极性药物污染物的回收，在制药废水处理、环境修复等领域具有广阔应用前景。未来研究可聚焦于连续流工艺开发、相组分回收利用等产业化关键问题。