碳基吸附剂对磺胺嘧啶（SDZ）的去除机制与环境应用：从分子相互作用到水处理策略

　　本综述系统解析了碳基吸附剂（生物炭/活性炭/碳纳米管等）对磺胺嘧啶（SDZ）的吸附机制（如静电作用、氢键、π–π堆叠），探讨了pH、温度等环境因素的影响，并指出磁性复合材料可实现5次再生循环（吸附容量达645.08 mg/g），为抗生素污染治理提供理论依据和技术参考。

　　

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Chemical structure and physicochemical properties

SDZ（C₁₀H₁₀N₄O₂S）是一种合成抗生素，属于磺胺类药物，以其抑菌功能广受认可。其分子结构包含带有氨基（?NH₂）和磺酰胺基（?SO₂NH₂）的苯环，并与嘧啶环键合。这种结构布局支持多种分子间作用力，例如氢键、π–π堆叠和静电吸引。

Biochars

生物炭是一种多孔、富碳物质，由有机生物质在限氧条件下热解产生。该材料具有比表面积、孔结构和表面化学等有益特性，使其成为去除有机微污染物（如抗生素）的候选材料（Biswal and Balasubramanian, 2022）。生物炭捕获SDZ的效果因原料来源、热解温度和改性策略而异。

Main types of adsorption mechanism

SDZ被固体材料捕获的过程涉及复杂的相互作用，大致分为物理或化学类型。物理吸附通常通过较弱的作用力进行，如范德华力、氢键和疏水效应。相比之下，化学吸附依赖于更强的键合，包括静电吸引、络合甚至共价连接（Fan et al., 2021; Wu et al., 2016）。吸附剂的结构设计与SDZ分子特性共同决定了主导机制。

The influence of factors on SDZ adsorption performance

SDZ吸附去除的成功取决于材料属性和操作参数的组合。关键要素包括吸附剂的物理化学组成、水环境特性、起始污染物浓度和系统动力学。这些相互关联的方面不仅决定了吸附容量，还决定了材料在实际处理场景中的适用性。表3概述了不同碳基吸附剂的SDZ去除结果。

Adsorption kinetics

吸附剂摄取SDZ的速率由吸附动力学详细描述；理解这些动力学对于设计有效的处理系统至关重要。伪一级（PFO）模型提出吸附位点的占据速率与可用位点数量直接相关。然而，将该模型应用于SDZ吸附通常显示有限的成功。许多研究表明，与伪二级（PSO）模型相比，使用PFO模型时的相关系数（R²）较低。

Regeneration and reusability of carbon-based adsorbents

有效的再生和多次循环中一致的吸附性能对于吸附剂材料的实际、经济合理和环境意识的使用至关重要。已经研究了不同的洗脱剂和再生技术，以评估材料在水溶液中去除SDZ的可重用性（附录A表S3）。

基本的再生方法通常产生有限的回收。例如，在650°C下制成的杨木生物炭（BC650）显示，经过五个吸附-解吸循环后，SDZ吸附量下降。

Limitations and prospects

碳基吸附剂，例如生物炭、活性炭、碳纳米管和碳基复合材料，在去除水中SDZ方面表现出一系列优势。如附录A表S2和S3所示，碳基吸附剂的最大吸附容量和可重用性分别可达620.74 mg/g和五个循环。这些优点为这些吸附剂在实际处理系统中带来了显著好处。然而，实验室规模、连续吸附和吸附机制验证等方面仍存在若干局限性。

Conclusions

总之，SDZ在水生环境中的存在构成了重大的生态和人类健康风险以及抗菌素耐药性，因此需要迫切有效的修复解决方案。吸附是一种非常有前景的SDZ去除技术，具有操作简单、成本效益高和效率高等优点。本综述指出了使用碳基材料（如生物炭、改性生物炭、活性炭、碳纳米管和复合材料）去除SDZ的情况。