1929年弗莱明发现青霉素标志着医学的一个转折点，开启了天然抗生素的时代。随后，在20世纪60年代，分子分析和化学合成的重大进展为合成抗生素的发展铺平了道路，尤其是大环内酯类和喹诺酮类抗生素[1]。然而，近几十年来，科学技术的快速发展也导致了抗生素在医疗和水产养殖中的过度使用，使其成为严重的环境污染物[2,3]。抗生素是水溶性化合物，人体不能完全吸收；大约80%的抗生素会被排出并进入市政废水系统[4,5]。Shi等人[6]报告称，市政污水网络中存在包含30多种不同抗生素的复杂混合物，其中包括大环内酯类（MLs）、磺胺类（SAs）、四环素类（TCs）和氟喹诺酮类（FQs），这些抗生素在污水中的浓度很高。由于它们的复杂毒理学特性和较长的半衰期，抗生素显著增加了废水处理系统中药物污染物的持久性[7]。研究表明，废水中的抗生素浓度通常在15.3至1481 μg/L之间，表现出显著的变异性和时间依赖性波动[8]。这种动态行为对传统的生物处理过程构成了重大挑战，可能影响其稳定性和效率[3,9,10]。
在药物中，阿司匹林（也称为乙酰水杨酸）是最广泛使用的非甾体抗炎药（NSAIDs）之一，可以在柜台购买。它具有解热、镇痛和抗炎作用，还能有效预防血小板聚集、心肌梗死和心血管疾病[11],[12],[13],[14],[15]。目前，全球每年生产和消耗的阿司匹林量约为35,000吨，不当处理或丢弃的残留物会导致环境污染[16,17]。由于其高水溶性、抗生物降解性和生物累积潜力，阿司匹林对水生生态系统和公共健康构成重大风险。因此，它被归类为“新兴关注污染物”[18,19]。此外，阿司匹林的代谢物（如水杨酸）通过尿液和粪便排出体外，进入废水处理厂[20]。然而，由于这些代谢物的顽固性质，传统的处理设施并未专门设计用于达到这些化合物的允许排放标准。因此，这些代谢物已在各种水源中被检测到，包括饮用水、地下水和地表水[21]。
近年来，人们探索了多种去除药物污染物的策略，包括臭氧化[22]、光降解[23]、高级氧化过程[24]、生物方法[25]和吸附[26,27]。其中，吸附因其操作简便、反应速度快、不产生污泥和可回收性而被广泛使用[28]。根据美国环境保护署（USEPA）的说法，吸附被认为是最有效和高效的废水处理方法之一。
金属有机框架（MOFs）是一类具有可调功能团和高比表面积的多孔材料，已被广泛用作污染物去除的吸附剂[29],[30],[31]。在各种MOFs中，用尿素修饰的UiO-66因其对氟喹诺酮类（FQs）的高吸附能力而受到广泛关注[32]。
最近，金属有机框架（MOFs）因其可调的孔结构和高比表面积而被广泛研究作为各种目标分子的吸附剂[33]。其中，基于Zr(IV)的MOFs，如UiO-66，因其稳定性和亲水性而在水净化方面受到特别关注[34]。然而，合成MOFs通常面临实际限制，包括结构脆弱性、颗粒分布不均匀和可回收性有限，这降低了它们在实际应用中的有效性[35]。
为了克服这些挑战，最近的策略集中在将MOF晶体固定在易于处理的基底上，如金属、聚合物或纤维素上，以提高其稳定性、可重复使用性和处理便利性[36],[37],[38]。特别是细菌纤维素（BC）由于其高纯度、超细纳米纤维和三维互连结构，为MOFs提供了理想的支撑，使得MOFs的分布更加均匀[39]。
在这种情况下，我们提出开发一种基于Zr(IV)的MOF/BC复合材料，结合了UiO-66的结构优势和细菌纤维素的独特性能，以实现高亲水性、均匀颗粒分布和优异的可回收性。这种方法比UiO-66修饰的材料有了显著改进，为从水中去除药物污染物提供了创新解决方案。
考虑到UiO-66/PDA/BC在吸附几种离子化合物（包括阿司匹林和盐酸四环素（TC）方面的优异性能，本文测试了这两种物质作为吸附剂，以研究吸附机制并有助于解决环境污染问题。经典平衡模型被广泛用于研究吸附系统，主要通过经验模型。然而，对这些模型的依赖限制了定量描述吸附机制的能力。根据文献[40,41]，实验吸附等温线通常使用Langmuir、Freundlich等理论模型进行拟合。不幸的是，这些模型本质上是经验性的，其拟合参数往往缺乏明确的物理意义，从而无法完全和定量地理解吸附性能。最近，Ben Lamine等人[42]开发了一种基于先进统计物理方法的有影响力的理论研究。该理论模型提供了对吸附机制的定量和分子层面的理解，补充了实验结果，并阐明了过程的能量和结构方面。这种方法采用了多种理论模型，这些模型包含了描述吸附状态的物理化学参数，并已成功应用于多种去除系统，如药物去除[43]。
因此，本研究旨在使用统计物理模型研究阿司匹林和盐酸四环素（TC）在UiO-66/PDA/BC复合材料上的吸附行为。本文介绍了用于开发这些理论模型的方法，以突出UiO-66/PDA/BC特性对阿司匹林和TC吸附的影响。为了实现本研究的目标，利用统计物理模型得出的结果提供了对两种吸附剂吸附机制的分子层面解释。这种理论方法通过宏观分析进一步阐明了阿司匹林和TC的去除过程。
