三维氧化石墨烯基水凝胶协同去除氟喹诺酮类抗生素与Cu2+：响应面优化、共吸附机制研究

针对水体中氟喹诺酮类抗生素（CIP/GAT）与Cu2+复合污染问题，研究人员通过磷掺杂和氨基修饰氧化石墨烯（GO），构建可循环的三维水凝胶PGOT@GEL。该材料对CIP和GAT的最大吸附量分别达821.24 mg/g和755.96 mg/g，并通过响应面法（RSM）优化吸附条件。FTIR和XPS揭示其通过静电作用、π-π堆积和氢键协同去除污染物，在二元体系中Cu2+与CIP存在相互促进吸附效应，为协同治理抗生素-重金属污染提供新策略。

　　

随着畜牧养殖和制药工业的发展，氟喹诺酮类抗生素（如环丙沙星CIP、加替沙星GAT）与铜离子（Cu²⁺）在水体中形成复合污染，其浓度在制药废水中可达31 mg/L，且传统处理方法难以同步去除两类污染物。这类物质具有生物累积性和耐药基因传播风险，亟需开发高效协同处理技术。

针对这一挑战，国内研究人员通过创新材料设计，将磷掺杂氧化石墨烯（PGO）与三乙烯四胺（TETA）交联，再与丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）和丙烯酰化β-环糊精（A-β-CD）共聚，构建出三维多孔水凝胶PGOT@GEL。该研究通过响应面法优化吸附条件，发现材料对CIP和GAT的吸附符合伪二级动力学和Langmuir模型，最大吸附量突破800 mg/g；在二元体系中，Cu²⁺与CIP通过配位桥接效应形成协同吸附，使两者的去除率提升20%以上。相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》，为复杂污染体系治理提供新思路。

关键技术方法包括：（1）改良Hummers法制备GO并磷掺杂；（2）EDC/NHS介导的TETA酰胺化修饰；（3）自由基聚合构建三维网络结构；（4）响应面法优化吸附参数；（5）FTIR和XPS解析作用机制。

【材料表征】
通过FTIR证实PGOT@GEL成功引入磺酸基（─SO₃H）和氨基（─NH₂），XPS显示磷掺杂使材料氧含量提升12.7%。SEM显示水凝胶具有200-500 μm分级孔隙，比表面积达380 m²/g。

【单体系吸附】
在pH=6时，CIP通过─COOH质子化与材料发生静电吸引，而GAT主要依赖β-CD空腔包合。干扰实验表明Na⁺、Ca²⁺对吸附影响<5%，但腐殖酸会使容量降低15%。

【二元体系机制】
Cu²⁺与CIP的羧基/酮基形成Cu-O配位键，同时─NH₂作为桥梁连接材料与抗生素，使两者吸附量分别提升至893.7 mg/g和218.5 mg/g。

【环境应用】
在实际养殖废水处理中，PGOT@GEL经5次循环后仍保持85%效率，生态毒性测试显示其浸出液对斑马鱼胚胎孵化率无影响。

该研究创新性地将磷掺杂策略与宿主-客体化学结合，首次阐明Cu²⁺-抗生素协同吸附的配位桥接机制。材料兼具高容量（>750 mg/g）和易回收特性，突破传统吸附剂功能单一的限制，为《水污染防治行动计划》中抗生素管控目标的实现提供技术支撑。后续研究可拓展至其他喹诺酮-金属复合体系，并探索规模化制备工艺。