全球水资源短缺问题日益严重，主要归因于工业活动导致的水污染以及对清洁水资源需求的不断增长。据预测，到2025年，全球超过三分之二的人口可能面临水资源短缺。抗生素作为一类重要的污染物，由于其广泛的使用和难以降解的特性，对环境和人类健康构成了威胁。传统的废水处理方法在去除抗生素方面效率低下，因此开发新型的吸附材料以有效去除这些污染物变得至关重要。
伊斯坦布尔技术大学（Istanbul Technical University）的Okay教授及其团队在《Journal of Polymers and the Environment》期刊发布了题为“Design of Electrospun Hydrophobically Modified Polyacrylic acid Hydrogel Nanofibers and their Application for Removal of Ciprofloxacin”的研究成果。该团队通过静电纺丝技术制备了一种新型的聚丙烯酸基水凝胶纳米纤维。该团队首先将丙烯酸（AAc）与十六烷基丙烯酸酯（C16A）共聚，形成物理交联的水凝胶。通过引入疏水相互作用，这种水凝胶在有机溶剂中具有良好的溶解性，从而使其适合用于静电纺丝。制备流程如下图。
研究发现，当C16A的摩尔分数为35%时，制备的纳米纤维展现出最佳的纤维尺寸和表面光滑度，具有优异的吸附性能，能够高效去除水中的环丙沙星（CIP）。（图1）
Zeta电位测试显示，纳米纤维表面在pH 4到10之间呈负电荷，这有助于通过静电相互作用吸附带正电的CIP分子。实验结果表明，含有35 mol% C16A的纳米纤维在60小时内达到吸附平衡，去除效率高达98%。（图2）
图2. 纳米纤维对CIP的吸附特性。（a）溶液中CIP浓度Ct（圆圈）、纳米纤维吸附的CIP量qt（三角形）和CIP去除效率E（柱状图）随接触时间的变化。C16A含量为35%。（b）纳米纤维中C16A含量对CIP浓度随时间变化的影响。C16A含量已标明。（c）初始浓度Co对qe和E的影响。（d）含有35% C16A的CIP负载纳米纤维的解吸效率。
吸附动力学实验表明，伪二阶模型（R² = 0.9785）比伪一阶模型（R² = 0.9296）更符合实验数据，表明化学吸附是主要机制。Langmuir等温模型（R² = 0.9998）表明吸附过程为单层吸附。（图3）
简而言之，这种材料通过引入疏水相互作用，在实验室条件下表现出对环丙沙星（CIP）的高效吸附去除，可为环境污染物的可持续去除提供新的解决方案。但由于作为块状吸附剂固有的缺陷，如不可逆吸附和在复杂基质中潜在的污染问题，未来的研究将集中于通过结构改性或引入促进解吸的功能团来提高这些水凝胶的可重复使用性。
文章来源：https://doi.org/10.1007/s10924-025-03504-9
