热电厂废渣衍生吸附剂对新兴污染物的去除效能及生态毒性研究

本研究针对制药污染物（如双氯芬酸钠DIC、氯沙坦钾LOS、布洛芬IBU）在水体中的环境风险，创新性地利用热电厂水处理污泥经DTAC改性制备低成本吸附剂(CMR)，通过SEM/FTIR/XPS等多维表征证实其表面特性，实现70%以上去除率（最高吸附容量达101.43 mg g-1），并结合Daphnia similis生态毒性测试验证处理安全性，为工业废渣资源化与新兴污染物治理提供双赢方案。

　　

随着全球医药消费量激增，制药污染物通过污水排放进入水环境的问题日益严峻。双氯芬酸钠(DIC)、氯沙坦钾(LOS)和布洛芬(IBU)等药物因常规水处理工艺难以有效去除，已成为威胁水生生态和人类健康的新兴污染物(emerging pollutants)。尽管光催化、膜过滤等技术能实现高效去除，但其高昂成本制约了规模化应用。与此同时，热电厂水处理系统产生的污泥作为工业固体废弃物，传统填埋处置方式既浪费资源又加剧环境负担。如何通过"以废治污"策略开发经济高效的吸附材料，成为环境工程领域的重要课题。

针对这一挑战，巴西塞尔希培联邦大学的研究团队创新性地将热电厂水处理污泥(PWR)经十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)改性，制备出化学改性吸附剂(CMR)，系统评估其对三种药物的吸附效能与生态安全性，相关成果发表于《Environmental Research》。研究采用SEM(扫描电镜)、FTIR(傅里叶红外光谱)、XPS(X射线光电子能谱)等表征手段解析材料特性，结合批量吸附实验和Daphnia similis(水蚤)急性毒性测试，构建了从材料开发到环境安全评价的完整研究链条。

材料表征
SEM显示CMR具有粗糙多孔的异质表面结构，XRF证实其主要含Si、Al、Fe元素。FTIR检测到Si-O-Si(硅氧键)、Si-OH(硅羟基)等特征振动峰，XPS则揭示C-C、C-O-C等化学键的存在。经DTAC改性后，材料比表面积从35.23降至28.67 m² g^-1，但表面正电荷增加，PZC(零电荷点)从4.5升至8.3，显著增强对阴离子型药物的静电吸附能力。

pH依赖性吸附
CMR在pH 3-9范围内对三种药物均保持稳定去除率(>70%)，显著优于原始PWR(<30%)。DTAC引入的疏水烷基链与药物苯环产生π-π堆积作用，而季铵基团通过静电作用捕获阴离子型DIC(pKa=4.15)和LOS。IBU(pKa=4.91)则主要通过氢键和范德华力吸附，其最大吸附容量达24.81 mg g^-1，DIC和LOS分别达73.77和101.43 mg g^-1。

吸附机制
动力学符合准二级模型，表明化学吸附主导过程。等温线拟合显示DIC和LOS符合Langmuir模型(单分子层吸附)，IBU更符合Freundlich模型(多分子层吸附)。热力学参数ΔG<-20 kJ mol^-1证实自发吸附过程，XPS分析证实吸附后材料表面出现药物特征峰。

生态毒性评估
Daphnia similis测试显示原药EC_50,48h分别为DIC(24.11 mg L^-1)、LOS(175.50 mg L^-1)、IBU(53.92 mg L^-1)，经CMR处理后毒性显著降低。尤其DIC的毒性当量下降7倍，证实吸附处理能有效削减环境风险。

该研究通过废物资源化策略，将热电厂污泥转化为高效吸附剂，不仅实现70%以上的药物去除率，更通过生态毒性测试验证了技术安全性。CMR制备工艺简单、成本低廉，且DTAC改性步骤易于工业化放大，为发展中国家应对新兴污染物挑战提供了切实可行的解决方案。研究首次证实该类废渣对阴离子型药物的特异性吸附能力，其揭示的"静电-疏水协同作用机制"为后续吸附剂设计提供理论指导，兼具环境效益与经济效益。