球磨法制备磁性碳纳米管材料高效去除水中卡马西平：一种经济可靠的吸附再生技术

针对碳纳米管(CNTs)材料难以回收利用的问题，研究人员通过球磨法将纳米Fe3O4嵌入不同管径CNTs(4-8nm/8-15nm)制备磁性复合材料(MCNTs)，系统研究其对水中卡马西平(CBZ)的吸附性能。研究发现MCNT4-5在保持CNT4原有吸附容量(177.80mg/g)基础上实现快速磁分离，经10次循环仍保持86%去除率，为纳米材料在水处理领域的应用提供新思路。

　　

随着药品和个人护理品(PPCPs)在环境中的持续累积，抗癫痫药物卡马西平(CBZ)因其难降解特性成为水环境中典型新兴污染物。传统污水处理厂对CBZ的去除率不足10%，而现有吸附材料普遍存在再生困难、成本高等问题。碳纳米管(CNTs)虽具有优异吸附性能，但纳米级尺寸导致的回收难题严重制约其实际应用。

为解决这一技术瓶颈，研究人员创新性地采用球磨法制备磁性碳纳米管复合材料(MCNTs)。通过将纳米Fe₃O₄与不同管径CNTs(CNT4:4-8nm；CNT8:8-15nm)按不同质量比混合，在500rpm转速下进行交替球磨处理，成功获得兼具磁分离性能和高效吸附能力的复合材料。研究采用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸附-脱附等技术系统表征材料特性，通过吸附动力学、等温线实验评估性能，并考察pH值、共存离子等环境因素的影响机制。

材料表征显示，球磨处理使MCNT4-5的微介孔比例提升5.2倍至45.14%，且表面氧结构显著增加。XPS分析证实球磨过程引起C元素结合能偏移(0.38eV)，O1s谱图中新出现的Fe-O峰(530.38eV)表明纳米Fe₃O₄成功嵌入。这些结构变化使材料零电荷点(pH_zpc)从5.84降至4.62，增强了表面负电性。

吸附性能研究表明，MCNT4-5对CBZ的最大吸附量达177.80mg/g，与原始CNT4(174.62mg/g)相当，且平衡时间缩短至30分钟。通过Langmuir模型拟合发现，MCNT8-7的吸附容量(81.87mg/g)较CNT8(54.60mg/g)提升50%，证实球磨处理可补偿因引入纳米Fe₃O₄导致的吸附位点损失。机理分析表明，π-π相互作用和表面络合是主要吸附驱动力，FTIR谱图中582cm^-1处Fe-O峰红移至612cm^-1证实了CBZ与铁氧结构的配位作用。

再生实验取得突破性进展：磁性改性使MCNT4-5可通过外加磁场30秒内快速分离，经10次吸附-解吸循环后仍保持86%去除率，而原始CNT4在第二次循环后即失效。氧化再生实验发现，在吸附15分钟后添加过硫酸盐(PMS)可使CBZ总去除率达95.79%，但随循环次数增加效果逐渐衰减。

该研究创新性地将机械球磨技术应用于磁性纳米吸附剂制备，通过精确调控材料孔隙结构和表面化学性质，实现了吸附性能与再生效率的协同提升。所开发的MCNT4-5材料兼具高吸附容量(177.80mg/g)、快速分离(30秒)和优异循环稳定性(10次循环)三大优势，为水环境中难降解有机污染物的治理提供了经济可靠的技术方案。这项成果不仅拓展了碳纳米材料在水处理领域的应用前景，也为其他纳米吸附剂的再生利用设计提供了重要参考。