《Bioresource Technology》：Valorization of
Eichhornia crassipes into iron-modified activated biochar for sustainable removal of diclofenac and ciprofloxacin from water: adsorption mechanisms, techno-economic, and phytotoxicity assay analysis
编辑推荐：
•利用凤眼莲合成了Fe3O4改性活化生物炭。•MAB对CIP和DF的最大去除率（%）分别为89%和90%。•Langmuir等温线模型对CIP和DF的拟合效果最佳。•利用小扁豆评估了DF和CIP处理样本的植物毒性。引言淡水资源正在不断枯竭，并因快速城市化、工业化、人口增长、用
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利用凤眼莲合成了Fe3O4改性活化生物炭。
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MAB对CIP和DF的最大去除率（%）分别为89%和90%。
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Langmuir等温线模型对CIP和DF的拟合效果最佳。
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利用小扁豆评估了DF和CIP处理样本的植物毒性。
引言
淡水资源正在不断枯竭，并因快速城市化、工业化、人口增长、用水需求增加、气候变化影响以及降雨模式和变化水文变化等问题而承受压力。根据联合国最近发布的报告，约有23亿人生活在水资源紧张地区，到2050年全球用水需求可能会增长20–30%（Saini等，2026）。除了资源枯竭之外，水源还持续受到各种范围广泛的新兴污染物（EC，也称为新兴关注污染物（CECs））的污染。这些污染物包括个人护理产品（PCPs）、药物、内分泌干扰化合物（EDCs）和农药等物质（Tang等，2022）。这些物质通常不被常规监测，却在河流水、地下水甚至饮用水中越来越多地被检测到。
这些物质被认为有害，原因在于其在环境中长期滞留、具有毒理学影响以及其转化途径。新兴污染物（EC）通常以极低的浓度存在，常在ng/L至μg/L范围内（Selvaraj等，2023）。然而，即使低剂量暴露于这些污染物，也会产生慢性效应，如内分泌干扰、行为改变、人类肝毒性、人类和水生生物的生殖障碍（Dhillayan等，2026a）。在某些情况下，其转化产物的毒性甚至超过原始化合物。这使得对它们的评估和控制更加困难。在这些污染物中，药物因其持久性、生物活性以及对人类和水生生物的不利影响而备受关注。在畜牧业和水产养殖中，药物被用于预防微生物感染导致的疾病（Czech等，2021）。全球范围内，有超过3000种活性药物成分在使用中。这些药物的很大一部分通过人类和动物排泄、未使用药物的废弃以及工业排放进入水系统（Kumar等，2022）。据估计，30–90%的口服药物未经代谢即被排出，这加剧了它们的环境持久性。废弃的残留物以未代谢形式在水中保持活性，导致细菌和其他病原微生物产生抗生素耐药性，威胁人类和其他生物的安全（Sanusi等，2023）。
在各类药物中，双氯芬酸（DF）是最常用的药物化合物之一，在水生系统中被频繁检出。它是一种广泛使用的非甾体抗炎药（NSAID），用于镇痛。由于其广泛使用和人体及动物体内代谢不完全，DF常在水药物工业废水、污水、医院排放物和地表水体中被检测到（Viotti等，2019）。其在秃鹫种群数量下降中的作用也得到了充分记录（Nambirajan等，2018）。同样，环丙沙星（CIP），一种氟喹诺酮类抗生素，作为抗菌剂用于治疗感染。由于其高水溶性和迁移性，CIP在水体中广泛分布。长期暴露于这些药物会产生严重的健康影响，如生殖毒性、致突变效应、因抑制藻类生长而降低光合作用活性，从而导致生态失衡（Khan等，2022）。这些药物在水体中的持续大量排放引发了对清洁饮用水的担忧。各种物理、化学和生物方法，如沉淀（Simazaki等，2008）、过滤（Ananthi等，2024）、膜生物反应器（Liu等，2022）、紫外光解（Pizzichetti等，2023）、膜过滤（Raota等，2024）、光催化（Latif等，2023）和高级氧化工艺（Igwegbe等，2020），已被用于去除药物。这些方法要么效果不佳，要么成本高昂，要么产生有毒副产物，使这些技术不可行。在某些情况下，它们还会产生有毒副产物（Hao等，2018）。
近年来，吸附已成为从水系统中去除无机和有机污染物的有效且经济的 方法。它是一种成本效益高的工艺，在处理过程中不产生二次污染物。吸附效率主要取决于所使用的吸附剂类型（Tunay等，2024）。活性炭、石墨烯、氧化石墨烯、纳米材料、沸石和黏土等各种材料已被研究探索（Sabherwal等，2026）。其中，生物炭作为一种高效、可持续且低成本的吸附剂脱颖而出。生物炭是在有限氧气条件下，通常在700°C以下的温度下，由生物质生产的。生物炭可由各种原料制成，如芒果皮、咖啡渣、橙子皮、椰子壳、污泥、粉煤灰等（Kaewsichan等，2022）。生物炭具有多种优点，包括高比表面积、多孔结构以及官能团的存在（Ouyang等，2023）。它对环境友好，可由农业废物生产。为了进一步提高其吸附性能，生物炭可以进行化学改性。使用KOH活化可增强孔隙率和表面积，而铁改性则引入额外的活性位点并改善与污染物的相互作用（Liu等，2019，Tang等，2022）。
本研究聚焦于利用入侵物种凤眼莲合成铁改性KOH活化生物炭。研究探讨了其从水中去除DF和CIP的潜力。尽管DF和CIP通常以ng/L至μg/L浓度被检测到，但本研究使用较高的污染物浓度来评估MAB的吸附容量和性能。该方法对于处理源头高浓度废水，特别是工业废水，在其排入天然水体之前具有现实意义，因为接收水体中的污染物水平可能高于观测值。利用吸附等温线、动力学和热力学模型进行了详细分析，以理解去除机理。此外，还进行了误差分析以验证模型拟合。研究还包括成本效益分析以评估经济可行性。通过在真实水样上进行实验，验证了吸附剂的实用适用性。为了研究处理后水的环境安全性和可持续性，还进行了种子毒性试验。本研究旨在为水中药物去除提供成本效益高、可持续且高效的解决方案。这有助于实现各种可持续发展目标（SDG），特别是SDG 6（清洁水和卫生），通过改善水质来实现。它还通过减少药物污染支持SDG 3（良好健康与福祉）和SDG 13（水下生物），通过促进废物增值和循环经济推动SDG 12（负责任消费和生产）。此外，生物炭的碳封存潜力有助于SDG 13（气候行动）。
章节片段
化学品和试剂
本研究中使用的所有化学品和试剂均为分析纯级别。CIP和DF采购自印度Central Drug House Pvt. Ltd.公司。研究中使用的其他分析纯化学品，如乙醇（99.9%）、HNO3（99%）、NaOH（99%）、HCl（37%）、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O，均从印度Central Drug House Pvt. Ltd.公司获得。研究中使用的所 有工作溶液均使用蒸馏水（DW）配制。配制了1000 ppm的CIP和DF储备液
MAB的FTIR分析
AB和MAB的FTIR结果分析如图1(a)所示。在3352 cm
?1处出现一个宽吸收带，表明–OH官能团的存在（Yadav等，2026）。这可能是由于MAB分子中存在木质纤维素和水分所致。2203 cm
?1处的吸收峰对应于炔烃C
C伸缩振动的键振动。1558 cm
?1处的峰表明芳香C
C振动的存在，这些振动来自木质素的芳香核
结论
本研究探讨了将凤眼莲价值化为磁性活化生物炭（MAB）的潜力，通过简单的共沉淀法制备，用于从水中去除CIP和DF。通过FTIR、XRD、FESEM、BET对材料进行了表征，揭示其比表面积为175.03 m2/g，并含有促进吸附的官能团。pH值、初始DF和CIP浓度、吸附剂用量、时间和温度等参数的影响为
CRediT作者贡献声明
Divya Dhillayan：撰写——初稿，验证，方法论，形式分析。Santosh Bhukal：撰写——审阅与编辑，可视化，验证，监督。Navish Kataria：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念设计。
未引用的参考文献
Al-Musawi等，2021，Ma等，2021，Manyà，2012，Shahnaz等，2021，Yin等，2018。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本论文所述工作的公正性。
致谢
Navish Kataria衷心感谢印度新德里UGC提供的UGC创业研究基金（函件编号：F.30-589/2021 BSR）对本研究工作的资金支持。
Divya Dhillayan|Santosh Bhukal|Navish Kataria
