球磨赤泥改性生物炭高效去除水体中四环素类抗生素的技术与机制研究

针对赤泥堆积污染和四环素类抗生素(TC)水体残留问题，研究人员通过球磨-共热解法开发了赤泥/花生藤生物炭(BMPRBC)，其最大TC吸附量达230.59 mg/g。该研究揭示了孔隙填充、π-π堆积和氢键等主导机制，为工业固废资源化与抗生素污染治理提供了创新方案。

　　

随着四环素类抗生素(TC)在医疗、畜牧和水产养殖中的广泛应用，大量药物残留已通过废水排放进入水环境。研究表明，污水处理厂出水中抗生素浓度可达6.0 μg/L，而50 mg/L的TC在14天内就能导致植物50%的死亡率。这些残留抗生素不仅会破坏DNA结构、抑制酶活性，还能通过生物累积威胁生态安全和人类健康。与此同时，铝工业产生的赤泥(RM)废弃物堆积如山——每生产1吨氧化铝就伴随1-2吨RM产生，其强碱性对土壤和地下水构成潜在威胁。如何实现"以废治废"，将RM转化为环境修复材料，成为当前研究的热点问题。

针对这一双重挑战，来自贵州省教育厅青年科技人才发展项目支持的研究团队创新性地将农业废弃物花生藤与RM结合，通过球磨预处理-共热解两步法，成功制备出磁性生物炭材料(BMPRBC)。这项发表在《Journal of Environmental Sciences》的研究显示，当花生藤与RM以1:2比例混合并经4小时球磨处理后，所得BMPRBC对TC的吸附量高达230.59 mg/g，较未改性材料显著提升。

研究团队采用球磨机械化学法、比表面积分析(BET)、吸附动力学实验等关键技术，系统考察了材料配比、球磨时间、pH值等参数的影响。通过吸附模型拟合发现，TC在BMPRBC上的吸附行为符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型，表明这是以化学吸附为主的单分子层吸附过程。表征分析揭示，球磨处理使材料比表面积增加3.8倍，形成了丰富的微孔结构和活性位点。

关键研究结果显示：在影响因素方面，溶液pH=4时吸附效果最佳，常见阴离子(Cl^-、SO₄^2-等)和腐殖酸对吸附干扰较小；机制研究表明，孔隙填充、π-π电子堆积、氢键和表面络合共同构成了吸附驱动力；再生实验中，经过4次循环后材料仍保持82%的初始吸附容量，显示出良好的稳定性。

这项研究的重要意义在于：一方面为TC污染水体治理提供了高效廉价的吸附剂，其吸附容量是传统活性炭的2-3倍；另一方面开创了"农业-工业固废协同利用"的新模式，使RM变废为宝。研究者特别指出，该方法工艺简单、成本低廉，每克BMPRBC的生产成本不足0.5美元，具备规模化应用潜力。未来通过优化球磨参数和表面修饰，有望进一步提升对其它新兴污染物的去除效率，为固体废物资源化与环境污染治理提供双重解决方案。