近年来，水体中的抗生素污染逐渐引起人们的关注。抗生素主要用于人类疾病防治、家禽和水产养殖病害预防及饲料添加剂，生物体摄入抗生素后，大部分将以未代谢的原型药物的形式排出体外并直接或间接进入水环境。除了带来环境的污染外，抗生素还会影响生物多样性，增加耐药细菌和抗生素抗性基因（ARGs）的含量。有研究发现，抗生素耐药细菌和ARGs也可能由于石油泄漏产生的多环芳烃（PAHs）、萘和菲的选择压力而变得更加丰富。因此，研究水体中抗生素和石油污染物的去除具有重要意义。
近日，安博网页版生命科学学院王珊珊副教授团队在Journal of Environmental Management上发表了题为Hydrophobic Pedicularis kansuensis/graphene aerogel with solar thermal effect enables efficient removal of sulfadiazine and oil from water的论文。该研究制备了一种光热材料甘肃马先蒿/石墨烯气凝胶（PKGA），研究了其对水体中磺胺嘧啶（SDZ）和油类污染物的吸附性能。
图1为利用甘肃马先蒿生物质粉末制备复合石墨烯气凝胶（PKGA）的示意图。PKGA作为一种典型的碳材料，具有优异的光热转换性能，因此光热效应使得PKGA在光照下对有机污染物的吸附更加迅速。
图1 PKGA的制备及应用原理图
制备得到的PKGA具有疏水性和亲油性（图2），亚甲基蓝染色的水滴可以稳定地保持在PKGA表面，而油红染色的正己烷则被吸收渗透，该材料与水和正己烷的接触角分别为116.87±0.67°和0°。同时，在水中可以观察到银镜效应，这是由于PKGA的疏水性使其与水接触形成的气膜反射光线引起的。此外，采用旋转蒸发和燃烧两种方法可以对材料进行回收，实现PKGA的循环使用。
图2 PKGA外观(a)，PKGA表面水滴和油图片(b)，接触角测试图（c-d），油水分离行为（e1- e4），旋转蒸发乙醇回收工艺（f1-f3），乙醇燃烧再生工艺（g1-g3）
吸附结果如图3所示，在预吸附阶段（0-60min），PKGA对SDZ的吸附迅速增加。随着时间的增加，吸附量的增加速度减慢，24h达到吸附平衡，平衡吸附量为22.82mg/g。Langmuir模型拟合得到的最大平衡吸附量随着温度的升高而增加。在单层吸附假设下，SDZ与PKGA位点的结合也更多，35℃条件下，最大平衡吸附量为70.67mg/g。此外PKGA对不同种类的油类均表现出较高的吸油倍数，最高可达51.27 ~ 120.71 g/g。而且PKGA对石油的吸附速度非常快，这可能是由于PKGA的孔隙结构产生的毛细力引起的。此外，PKGA对SDZ和油具有较好的循环吸附能力。
图3 PKGA在SDZ上的吸附动力学曲线(a)，一级动力学方程(b)，二级动力学方程(c)拟合结果，不同温度下的吸附等温线（d-f）拟合，甲醇解吸再生的PKGA对SDZ的吸附性能(g)，PKGA对油的吸附性能(h)，PKGA对正己烷的吸附动力学(i)，PKGA对油的循环吸附能力(j)
如图4所示，PKGA具有优异的光吸收性能，在整个太阳光谱范围内吸收率高于90%，从而具有良好的光热转换性能。在一次光照强度下，PKGA表面可以快速升温并保持在57.6℃。这个温度使PKGA具备吸附粘度较低油的能力，以粘稠原油为例，在没有光线的情况下，原油在PKGA表面稳定，短时间内不会被PKGA吸收，而在阳光强度的光线下，原油会迅速液化，30秒内即可完全吸收。由于PKGA的光热效应，PKGA在光照下将光转化为热，提高材料的温度，进而提升材料对污染物的吸附能力。
图4 PKGA的全光谱吸收特性(a)，1次光照强度照射与1次光照处理后PKGA表面温度的变化(b)，热红外图片（c1：初始，c2：光照后的温度平衡，c3：光照后的温度平衡），无光环境下PKGA表面原油的变化（d1 -d2）与1次光照（e1 -e4）
团队成员刘帅博士生为第一作者，中科院新疆生态与地理研究所青年教师王淑智博士为共同第一作者，安博网页版生命科学学院王珊珊副教授和贾宏涛教授为共同通讯作者，该研究得到了国家博士后科学基金（2021M693897）、新疆大学博士生创新项目（XJU2023BS034）、国家自然科学基金（32460684、42107043）、新疆维吾尔自治区自然科学基金（2022D01B212）的资助。
