近年來，水體中的抗生素污染逐漸引起人們的關注。抗生素主要用于人類疾病防治、家禽和水產養(yǎng)殖病害預防及飼料添加劑，生物體攝入抗生素后，大部分將以未代謝的原型藥物的形式排出體外并直接或間接進入水環(huán)境。除了帶來環(huán)境的污染外，抗生素還會影響生物多樣性，增加耐藥細菌和抗生素抗性基因（ARGs）的含量。有研究發(fā)現(xiàn)，抗生素耐藥細菌和ARGs也可能由于石油泄漏產生的多環(huán)芳烴（PAHs）、萘和菲的選擇壓力而變得更加豐富。因此，研究水體中抗生素和石油污染物的去除具有重要意義。

近日，新疆農業(yè)大學生命科學學院王珊珊副教授團隊在Journal of Environmental Management上發(fā)表了題為Hydrophobic Pedicularis kansuensis/graphene aerogel with solar thermal effect enables efficient removal of sulfadiazine and oil from water的論文。該研究制備了一種光熱材料甘肅馬先蒿/石墨烯氣凝膠（PKGA），研究了其對水體中磺胺嘧啶（SDZ）和油類污染物的吸附性能。

圖1為利用甘肅馬先蒿生物質粉末制備復合石墨烯氣凝膠（PKGA）的示意圖。PKGA作為一種典型的碳材料，具有優(yōu)異的光熱轉換性能，因此光熱效應使得PKGA在光照下對有機污染物的吸附更加迅速。

圖1 PKGA的制備及應用原理圖

制備得到的PKGA具有疏水性和親油性（圖2），亞甲基藍染色的水滴可以穩(wěn)定地保持在PKGA表面，而油紅染色的正己烷則被吸收滲透，該材料與水和正己烷的接觸角分別為116.87±0.67°和0°。同時，在水中可以觀察到銀鏡效應，這是由于PKGA的疏水性使其與水接觸形成的氣膜反射光線引起的。此外，采用旋轉蒸發(fā)和燃燒兩種方法可以對材料進行回收，實現(xiàn)PKGA的循環(huán)使用。

圖2 PKGA外觀(a)，PKGA表面水滴和油圖片(b)，接觸角測試圖（c-d），油水分離行為（e1- e4），旋轉蒸發(fā)乙醇回收工藝（f1-f3），乙醇燃燒再生工藝（g1-g3）

吸附結果如圖3所示，在預吸附階段（0-60min），PKGA對SDZ的吸附迅速增加。隨著時間的增加，吸附量的增加速度減慢，24h達到吸附平衡，平衡吸附量為22.82mg/g。Langmuir模型擬合得到的最大平衡吸附量隨著溫度的升高而增加。在單層吸附假設下，SDZ與PKGA位點的結合也更多，35℃條件下，最大平衡吸附量為70.67mg/g。此外PKGA對不同種類的油類均表現(xiàn)出較高的吸油倍數(shù)，最高可達51.27 ~ 120.71 g/g。而且PKGA對石油的吸附速度非常快，這可能是由于PKGA的孔隙結構產生的毛細力引起的。此外，PKGA對SDZ和油具有較好的循環(huán)吸附能力。

圖3 PKGA在SDZ上的吸附動力學曲線(a)，一級動力學方程(b)，二級動力學方程(c)擬合結果，不同溫度下的吸附等溫線（d-f）擬合，甲醇解吸再生的PKGA對SDZ的吸附性能(g)，PKGA對油的吸附性能(h)，PKGA對正己烷的吸附動力學(i)，PKGA對油的循環(huán)吸附能力(j)

如圖4所示，PKGA具有優(yōu)異的光吸收性能，在整個太陽光譜范圍內吸收率高于90%，從而具有良好的光熱轉換性能。在一次光照強度下，PKGA表面可以快速升溫并保持在57.6℃。這個溫度使PKGA具備吸附粘度較低油的能力，以粘稠原油為例，在沒有光線的情況下，原油在PKGA表面穩(wěn)定，短時間內不會被PKGA吸收，而在陽光強度的光線下，原油會迅速液化，30秒內即可完全吸收。由于PKGA的光熱效應，PKGA在光照下將光轉化為熱，提高材料的溫度，進而提升材料對污染物的吸附能力。

圖4 PKGA的全光譜吸收特性(a)，1次光照強度照射與1次光照處理后PKGA表面溫度的變化(b)，熱紅外圖片（c1：初始，c2：光照后的溫度平衡，c3：光照后的溫度平衡），無光環(huán)境下PKGA表面原油的變化（d1 -d2）與1次光照（e1 -e4）

團隊成員劉帥博士生為第一作者，中科院新疆生態(tài)與地理研究所青年教師王淑智博士為共同第一作者，新疆農業(yè)大學生命科學學院王珊珊副教授和賈宏濤教授為共同通訊作者，該研究得到了國家博士后科學基金（2021M693897）、新疆大學博士生創(chuàng)新項目（XJU2023BS034）、國家自然科學基金（32460684、42107043）、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金（2022D01B212）的資助。