《Desalination and Water Treatment》：Antibiotic removal from aqueous solutions using CTF: equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies
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本研究针对水体中硝基呋喃类抗生素的污染问题，通过微波辅助离子热法快速合成共价三嗪框架（CTF），系统探究其对呋喃唑酮（FZD）的吸附性能。结果表明CTF对FZD的最大吸附容量达219.8 mg·g-1，吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型，且具有自发、放热特性。材料经三次再生后仍保持95%吸附容量，为抗生素废水治理提供了高效可持续的吸附剂解决方案。
随着医药产品的广泛使用，抗生素及其代谢物在水环境中的残留日益引起关注。其中硝基呋喃类抗生素——特别是呋喃唑酮（FZD）——因其致癌性、致突变性和诱导抗生素耐药基因的能力而备受担忧。尽管在许多发达国家已被禁用，但由于成本低、疗效高，FZD在发展中国家仍被广泛使用，导致其在地表水、地下水甚至饮用水系统中持续检出。更严重的是，FZD易转化为3-氨基-2-恶唑烷酮（AZO）等有毒代谢物，进一步加剧生态和健康风险。
传统的水处理技术如生物降解、电化学处理、膜过滤和吸附等各有局限。其中吸附法因操作简单、成本效益高且具有资源回收潜力而被认为是最有前景的方法之一。然而，传统吸附剂如粘土矿物、生物炭、活性炭和碳纳米管往往存在吸附容量有限、动力学缓慢、分离和再生困难等问题。近年来，新兴多孔有机材料虽然展现出优异的分离效率和增强的吸附容量，但其工业应用仍面临挑战。
针对这一难题，吉林大学的研究团队在《Desalination and Water Treatment》上发表了一项创新研究，他们采用微波辅助离子热法快速合成了共价三嗪框架（CTF），并系统评估了其对呋喃唑酮（FZD）的吸附性能与机理。
研究人员采用的主要技术方法包括：微波辅助离子热合成法制备CTF材料，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，利用氮气吸附-脱附测定比表面积和孔径分布，采用紫外-可见分光光度法监测抗生素浓度变化，并运用多种动力学和热力学模型分析吸附过程。
3.1. Synthesis and Characterization of CTF
通过微波辅助离子热聚合法成功合成了CTF吸附剂。表征结果显示材料为无定形结构，FT-IR光谱在1591 cm--1处显示三嗪环的特征吸收峰。氮气吸附-脱附测量显示为IV型等温线，BET比表面积为685 m2·g-1，孔径分布显示存在2-30 nm的介孔。XPS分析证实了三嗪环的形成，热重分析显示材料在450°C以下具有显著热稳定性。
3.2. Temperature effect and thermodynamic studies
在15-35°C温度范围内系统研究了温度对FZD吸附的影响。CTF材料表现出一致的髙吸附容量（113.8-118.7 mg·g-1）。热力学分析显示吸附为自发、放热过程，ΔG°值为负（-8.07至-8.48 kJ·mol-1），ΔH°为-2.14 kJ·mol-1，ΔS°为+20.57 J·mol-1·K-1，表明过程由熵增益驱动。
3.3. Equilibrium adsorption studies
平衡吸附数据符合Langmuir模型（R2= 0.997），最大吸附容量为219.8 mg·g-1，表明为单层吸附。D-R模型计算得到的平均吸附自由能（E）为11.3 kJ·mol-1，证实为中等强度的物理吸附。在模拟废水条件下，CTF对FZD的吸附容量仍达42.49 mg·g-1，显示实际应用潜力。
3.4. Adsorption kinetics
吸附动力学显示，90%的吸附在10分钟内完成，70分钟达到平衡，符合准二级动力学模型（R2= 0.999）。颗粒内扩散模型表明，吸附过程受边界层阻力和颗粒内扩散共同控制。
3.5. Adsorption Mechanism, Regeneration, and Performance Comparison
机理研究表明，吸附主要通过π-π堆积和氢键作用实现。CTF经过三次再生后仍保持95%的初始吸附容量，表现出优异的可再生性。与其他材料相比，CTF在吸附容量和再生性能方面均表现出明显优势。
该研究成功开发了一种快速合成CTF材料的新方法，并证实其在硝基呋喃类抗生素去除方面具有显著优势。材料的高吸附容量、快速动力学、良好选择性和优异再生性能，为解决水体中抗生素污染问题提供了有前景的技术方案。特别是微波合成法的简便性和高效性，为CTF材料的大规模制备和实际应用奠定了坚实基础。这项研究不仅为抗生素废水治理提供了新型吸附材料，也为多孔有机聚合物在水处理领域的应用开辟了新途径。
