基于生物质衍生的多发射碳点的比率荧光技术，用于食品基质中残留的氯四环素盐酸盐和血红素盐酸盐的可视化检测

《Microchemical Journal》：Biomass-derived multi-emissive carbon dots-based ratiometric fluorescence and visual detection of residual chlortetracycline hydrochloride and hemin chloride in food matrix

本研究通过引入含苯环或丁基和酰胺键的Gemini表面活性剂（PB和PD）对钠基蒙脱石进行改性，制备出具有疏水性和氢键接受能力的有机蒙脱石（O-MMT）。实验表明，PD-MMT对4-硝基酚和4-氯酚的吸附能力优于PB-MMT，吸附过程符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线，主要依赖疏水相互作用和O-H···N氢键协同作用。

　　

王丽燕|丁丽敏

攀枝花大学医学院，中国攀枝花617000

摘要

本研究旨在通过使用Gemini表面活性剂（PB和PD）对有机蒙脱石（PB-MMT和PD-MMT，简称O-MMT）进行改性，制备具有疏水性和氢键受体能力的吸附剂，并探讨长烷基链和酰胺键在水溶液中吸附4-硝基苯酚（4-NP）和4-氯苯酚（4-CP）过程中的关键作用。采用XRD、BET、SEM、FT-IR、TGA和Zeta电位等技术研究了O-MMT的微观结构、形态和表面性质。结果表明，PB和PD的饱和添加量为1.0 CEC，其中含有柔性烷基间隔基团的PD在Na-MMT上的负载量（38.22 wt%）明显高于含有刚性烷基间隔基团的PB（36.35 wt%）。O-MMT对4-NP和4-CP的批量实验结果显示，其吸附能力排序为：PD-MMT > PB-MMT。动力学研究表明吸附过程为伪二级反应（R² > 0.99），平衡数据符合Freundlich等温线模型（R² > 0.99），表明吸附主要为多层吸附。计算的热力学参数表明4-NP和4-CP在O-MMT上的吸附为物理吸附且为放热过程。吸附机制表明，疏水相互作用和O-H···N氢键的协同效应是高效去除水溶液中4-NP和4-CP的重要因素。

引言

水污染已成为影响人类生存和社会经济发展的重要因素[1]、[2]。这种污染源于水中天然或人为存在的有害化学物质，如酚类化合物、氯化溶剂和碳氢化合物。酚类化合物是重要的工业化学品，广泛应用于化肥、农药、塑料、染料、造纸等行业，但其使用会产生大量含酚废水[3]、[4]、[5]。在炼油、炼焦、煤炭加工、石化、造纸等多个工业废水处理过程中都能检测到酚类物质。为避免酚类物质排放到环境中，人们采用了多种处理技术来去除水中的酚类化合物，包括生物处理、传统处理和先进处理方法[6]、[7]、[8]。

目前，多孔吸附剂的吸附技术因其在捕获和去除有机污染物方面的便捷性和高效性而受到广泛关注。多孔材料如活性炭[9]、沸石[10]、有机蒙脱石[12]、共价有机框架（COFs）[13]、[14]、[15]、凝胶[16]等在吸附方面表现出高效性。特别是有机蒙脱石具有高疏水性、层间结构、大比表面积和高孔隙率等优点，在酚类化合物的分离领域具有巨大潜力[18]、[19]。

蒙脱石因其易获得性、低成本、环保性和无毒性，在水介质中吸附多种有机污染物方面表现出良好效果[20]。然而，天然蒙脱石（Na-MMT）由于其表面的负电荷和亲水性，无法有效吸附疏水性有机化合物。为了提高吸附能力，通常通过有机化合物对蒙脱石进行改性。尤其是阳离子型表面活性剂，能够将蒙脱石的表面性质从亲水性转变为疏水性。由两个亲水基团和两个疏水基团通过间隔基团连接而成的Gemini表面活性剂，因其特殊结构对吸附过程有显著影响[5]。此外，将苯基引入间隔基团后，通过2-萘酚和酚的对比吸附实验发现，不饱和键对吸附行为有积极影响[21]。但目前尚无关于苯基和酰胺基团对绿色吸附剂吸附性能影响的相关研究。

本研究采用含有苯环或丁基及酰胺键的Gemini表面活性剂改性的蒙脱石，用于从水溶液中去除4-NP和4-CP。评估了表面活性剂用量、接触时间、pH值、吸附物浓度和温度等参数对吸附效果的影响，并确定了吸附动力学、平衡等温线和热力学参数，以进一步了解吸附过程。本研究旨在为使用Gemini表面活性剂改性Na-MMT提供实用且有益的指导，并开发出低成本、高效率的O-MMT吸附剂。

材料

4-NP、4-CP、1,4-苯二胺、2-氯乙酰氯、N,N-二甲基十六胺、乙腈、乙醇（EtOH）、丙酮、氯化铵、盐酸（HCl，37%）、氢氧化钠和乙酸乙酯均购自上海阿拉丁生化科技有限公司。Na-MMT购自北京英诺科科技有限公司，其阳离子交换容量（CEC）值为85 mmol/100 g，通过氯化铵-乙醇交换法测定[22]。

FT-IR分析

为了更精确地了解结构特征，首先将Na-MMT、PB-MMT和PD-MMT的FT-IR光谱进行整合并比较（见图2）。Na-MMT在约3622 cm^?1处的谱带对应于OH的结构振动；3431 cm^?1处的宽谱带对应于H-O-H的伸缩振动；1640 cm^?1处的峰对应于H-O-H的弯曲振动；1092、1032、518和466 cm^?1处的吸收峰分别属于Si-O振动

结论

首次设计并制备了含有苯环、丁基和酰胺键的两种Gemini表面活性剂（PB和PD），并将其引入Na-MMT中，作为高效吸附剂用于从水溶液中去除4-NP和4-CP。（I）当表面活性剂用量达到1.0 CEC时，这两种表面活性剂在Na-MMT层中形成致密和松散的烷烃型双层结构。（II）实验结果表明...

作者贡献声明

王丽燕：负责撰写初稿、软件处理、实验研究及数据分析。丁丽敏：负责审稿与编辑、项目管理和资金筹措

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了四川省科技计划（项目编号2024JDHJ0047）和攀枝山市科技计划（项目编号2024ZD-S-8、2024ZD-S-34）等多方面的资金支持。