活性氮生物炭吸附恩诺沙星：平衡动力学、生命周期成本及DNA毒性研究

针对抗生素污染水体中氟喹诺酮类残留问题，印度国立理工学院团队以废弃木苹果壳为原料开发了磷酸活化氮生物炭（ACNB），通过SEM/EDX/BET等表征证实其高比表面积（547.36 m2/g）和微孔结构（1.76 cm3/g），实现恩诺沙星（ENF）96.5%去除率。研究揭示吸附符合准二级动力学（R2=0.999）和Langmuir模型（qm=54.94 mg/g），再生4次仍保持81.47%效率，成本仅239.22 INR/kg，为农业废弃物资源化与抗生素污染治理提供新策略。

　　

抗生素滥用导致的生态环境污染已成为全球性难题。在医疗、畜牧和水产养殖等领域广泛使用的氟喹诺酮类抗生素——恩诺沙星（Enrofloxacin, ENF），因其代谢不完全性，约90%以原药形式通过排泄物进入水体，不仅诱发耐药菌株产生，还可能通过食物链威胁人类健康。传统污水处理工艺对这类"新污染物"的去除效率有限，而高级氧化等技术存在成本高、可能产生有毒副产物等缺陷。面对这一挑战，印度国立理工学院的研究团队创新性地利用印度干旱地区常见的废弃木苹果壳（Limonia acidissima）为原料，开发出磷酸活化氮生物炭（ACNB），系统研究了其对ENF的吸附效能与机制，相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》上。

研究团队采用多尺度表征与批量实验相结合的方法。通过热重分析（TGA）确定碳化温度（250℃），利用磷酸（H₃PO₄）活化制备ACNB，采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等分析材料特性；通过批量吸附实验考察pH（2-10）、温度（15-40℃）等参数影响；结合荧光光谱进行DNA互作研究评估处理水安全性；最后通过成本核算和再生实验验证实用性。

6.1 吸附剂表征研究
通过pH_ZPC测定（pH=4）揭示ACNB在pH>4时表面带负电，与ENF的zwitterionic形态（pK_a 6.09/7.91）产生静电吸引。BET分析显示活化后比表面积提升至547.36 m²/g，碘吸附值达485 mg/g，优于商业活性炭（CAC）。FTIR谱图中2155 cm^-1（C=C=O）和3547 cm^-1（O-H）特征峰证实磷酸活化引入含氧官能团，而吸附后新增3446 cm^-1（N-H）和1699 cm^-1（C=O）峰表明ENF成功结合。

6.2 参数优化研究
在pH 6时获得96.5%最高去除率，因ENF呈zwitterionic形态与带负电ACNB产生强静电作用。吸附量随剂量增加至2 g/L达平台期，表明活性位点饱和。25℃时最大吸附量（95%）符合ΔG°负值（-3.89 kJ/mol）和ΔH°负值（-0.735 kJ/mol）揭示的自发放热特性。

6.3 机理研究
准二级动力学模型（R²=0.999）和61.1 kJ/mol活化能表明化学吸附主导过程。Langmuir模型（R²=0.966）拟合优于Freundlich，证实单分子层吸附，最大容量54.94 mg/g。EDX显示吸附后氟（F）和氮（N）元素出现，直接证明ENF结合。

7-8 应用评估
DNA荧光实验显示处理水荧光强度降低，证实毒性减弱。40%乙醇再生4次后效率仍达81.47%，成本分析显示ACNB（239.22 INR/kg）较商业活性炭节约16.7倍成本。

这项研究开创性地将农业废弃物转化为高效吸附剂，通过系统的表征-优化-机理研究，证实ACNB可同时解决ENF污染治理和农业废弃物处置双重问题。研究不仅提供了详细的工艺参数（如最佳pH 6、剂量2 g/L），还通过DNA毒性评估和生命周期成本核算，为实际工程应用提供了全面依据。特别是材料在保持高吸附性能（q_m 54.94 mg/g）的同时，展现出优异的再生性和成本优势，为发展中国家处理抗生素污染提供了可持续解决方案。该成果对推动"以废治污"的循环经济模式具有重要示范意义。