基于接枝聚合的纸浆废料絮凝剂设计：链长依赖性吸附桥联驱动高效抗生素去除

　　针对水体抗生素污染治理难题，研究人员通过"graft to"和"graft from"接枝共聚策略，开发了三种纸浆废料基絮凝剂(PRBF-to/from/to-from)。研究发现PRBF-to凭借7.55的延伸链长，通过氢键域和吸附桥联机制实现26.15%±3.11%的诺氟沙星(NOR)去除率，较其他两种高16-17%。该研究为木质素高值化利用和抗生素废水处理提供了链长工程学框架。

　　

抗生素污染已成为威胁水生态安全和公众健康的重大环境问题。这些药物分子不仅破坏水生生态系统，更会通过诱导耐药基因扩散引发"超级细菌"危机。尽管传统吸附和高级氧化技术能有效去除抗生素，但其高昂成本制约了规模化应用。而常规絮凝剂对低浓度小分子抗生素的捕获效率欠佳，这促使科学家将目光转向生物质改性材料。

山东大学的研究团队创新性地利用造纸工业废料——富含木质素的纸浆废料(PR)，通过三种接枝共聚策略("graft to"、"graft from"及两者组合)开发了系列絮凝剂(PRBFs)，系统研究了其对诺氟沙星(NOR)、头孢氨苄(CFX)、土霉素(OTC)和磺胺甲恶唑(SMX)的去除效能。研究发现PRBF-to在单独体系和含腐殖酸(HA)-高岭土复合体系中均表现最优，其独特的长链结构(链长7.55)通过扩展氢键网络和吸附桥联机制，使NOR去除率提升至26.15%±3.11%，较另两种絮凝剂提高16-17个百分点。该成果发表于《Journal of Hazardous Materials》。

关键技术包括：采用自由基接枝共聚法合成PRBFs；通过FTIR、XPS和SEM进行结构表征；运用XDLVO理论分析相互作用力；结合Zeta电位和动力学实验阐明作用机制；选用亚洲森博浆纸有限公司提供的PR原料。

【材料与方法】
研究选用造纸工业PR为原料，保持木质素(PRL)与阳离子单体DMC质量比恒定，通过改变接枝策略调控链结构。FTIR显示3980 cm^-1
处O-H特征峰证实木质素成功功能化。

【结构特征】
PRBF-to具有最长的分支架构，其延伸的分子链形成更多活性位点。XPS分析揭示其表面含氧官能团丰度最高，为氢键作用奠定基础。

【性能评估】
在NOR单体系去除中，PRBF-to效率达26.15%±3.11%，显著优于PRBF-from(电荷中和主导)和PRBF-to-from(网捕卷扫为主)。在HA-Kaolin复合体系中仍保持15%以上的去除优势。

【机制解析】
XDLVO理论计算表明，PRBF-to的吸附桥联能垒最低(-4.21 kT)，而PRBF-from主要依赖电荷中和(-1.85 kT)。SEM观察到PRBF-to形成致密网状结构，有效捕获抗生素分子。

结论指出，接枝策略决定的链长度是影响絮凝机制的关键因素：短链PRBF-from依赖电荷中和，中等链长PRBF-to-from倾向网捕作用，而长链PRBF-to通过构建三维吸附桥联网络实现高效去除。该研究不仅建立了"木质素链长-抗生素去除效率"的定量关系，更开发出较传统絮凝剂成本降低30%的绿色替代品。

讨论部分强调，该技术实现了"以废治污"的双重环境效益——每吨PRBF可处理5000m³
抗生素废水，同时减少造纸固废堆存。研究提出的链长工程学框架，为设计靶向特定污染物的生物质基材料提供了新范式，对应对全球抗生素污染挑战具有重要实践意义。