2 値 (0.989) と調整済みR

2 (0.984)。数値最適化は、CIP濃度55 mg/L、吸着剤質量0.72 g/L、pH 5.8、温度47°Cで最適なプロセス条件を示し、88分で最大吸着効率98.4%を達成しました。345.2のF値に支えられたモデルは、堅牢な予測能力を示し、プロセスのスケールアップに貴重な洞察を提供しました。平衡実験からの結果は、PSO動力学とラングミュア等温線が最も高い適合性を示し、低い誤差係数と有意な回帰係数によって支持されました。さらに、熱力学的パラメータは、実験プロセスの自発的かつ吸熱的な性質を示唆しました。

水源における医薬品化合物の特定は、重大な環境問題を引き起こしています。人間、家畜、魚における細菌感染症の治療は、抗生物質の広範な使用に大きく依存しています。世界的に、年間約10万トンから20万トンの抗生物質が人間の病気の治療に使用されています。コロナウイルス病の間、抗生物質の使用は大幅に増加し、一部の抗生物質の使用は最大で6倍に増加したと報告されています。第二世代のフルオロキノロンに属するシプロフロキサシン（CIP）は、広域スペクトル抗生物質として分類されています。抗生物質の広範な使用と不適切な廃棄は、水域に悪影響を及ぼし、元の形態または代謝物として廃水に無規制に排出されています。最近の調査結果は、世界中の水環境におけるCIPの存在を明らかにしており、下痢、頭痛、嘔吐、震えなどのさまざまな有害症状に関連しています。したがって、CIPの水中での高い持続性と水生生物および人間の健康に対する潜在的な悪影響は、CIPを水溶液から除去することが重要であることを示しています。

水からCIPを除去するために、吸着、先進酸化プロセス、膜ろ過、生物処理など、さまざまな技術が調査されてきました。これらのアプローチの中で、吸着はコスト効率の良さと実施の簡便さから considerable consideration を受けています。吸着のメカニズムには、汚染物質が吸着剤と指定された固体物質に付着することが含まれます。CIPを除去するために、活性炭、ゼオライト、ポリマーなど、さまざまな吸着剤が調査されています。これらの材料は高い表面積と特定の表面機能を持ち、ターゲット化合物の効果的な吸着を可能にします。

近年、薬物化合物を水から除去するための環境に優しく効率的な吸着剤の開発に焦点が当てられています。そのような材料の一つがCPZナノコンポジットです。CPZナノコンポジットは、キチンから得られるバイポリマーであるキトサン、ポリアクリルアミド、ゼオライトイミダゾレートフレームワーク-8のユニークな組み合わせです。キトサンは広い表面積と多様な官能基を持ち、優れた吸着特性を提供します。ポリアクリルアミドはナノコンポジットの機械的安定性と分散性を向上させ、ゼオライトイミダゾレートフレームワーク-8は特定の汚染物質に対する追加の吸着サイトと選択性を提供します。

キトサン（CS）は、その豊富なアミノ基およびヒドロキシル基により選ばれました。これらは金属配位およびフルオロキノロン抗生物質との水素結合相互作用のための活性部位を提供します。ポリアクリルアミド（PAM）は、高い親水性、機械的安定性、および複合体の構造的完全性を向上させる追加のアミド機能を提供します。ZIF-8は、亜鉛ベースの金属有機フレームワークであり、高い多孔性、調整可能な孔径、およびπ–πスタッキングと静電相互作用を通じて有機微小汚染物質を吸着する能力のために導入されました。これらの三つの成分の統合は、相乗効果を生み出すことが期待されています：（i）CSはZIF-8の固定のための機能基を持つ生体適合性のバックボーンを提供します；（ii）PAMはハイドロゲルの安定性を向上させ、粒子の凝集を防ぎ、（iii）ZIF-8は高い表面積と選択的吸着部位に寄与します。これにより、このハイブリッドアーキテクチャは、ポリマーマトリックスの柔軟性と安定性をMOFの高い吸着能力と組み合わせ、シプロフロキサシンの除去効率を各成分単独の寄与を超えて向上させます。

この研究は、環境に優しいハイブリッドナノコンポジット（CPZ）を導入することによって、知識の進展に寄与し、水溶液からCIPを除去するための有望な吸着剤としての役割を果たします。活性炭や粘土などの従来の吸着剤とは異なり、開発された材料は、天然バイポリマー、合成ポリマー、金属有機フレームワークの利点を組み合わせており、独自の構造的相乗効果を提供します。材料の開発に加えて、研究は吸着条件を最適化するために体系的な実験デザインアプローチを適用し、プロセス改善と潜在的なスケールアップのための方法論的洞察を提供します。これらの側面は、研究の新規性を強調し、抗生物質汚染を水系で軽減するための持続可能な戦略に焦点を当てた研究の増加する体の中での位置づけを示しています。

提案されたルートは、後処理浸透またはバルク結晶化/物理的ブレンドアプローチとは異なり、マトリックス上のZIF-8核生成を促進するように設計されています。まず、希薄な酢酸中で過硫酸塩開始の重合によってCS–g–PAMネットワークが生成され、配位した–NH₂/–OHサイトを提供します。短い超音波パルスの後、Zn(NO₃)₂が導入され、2-メチルイミダゾールの添加前にバックボーンと複合体を形成することが許可され、これによりポリマー上での異種核生成が直接引き起こされます。2回の短い超音波処理（各10–15分）が分散を強化し、二次成長を制限します。完全に水性の低温プロトコルは、有機溶媒や溶媒熱条件の必要性を排除します。このシーケンスは、従来のブレンド方法と比較して、改善されたテクスチャ特性を持つ固定されたMOFドメインの形成を促進します。

全体的に、現在の研究は水からCIPを除去するための環境に優しく効果的な吸着剤を作成することを目的としています。そのために、実験デザイン手法を利用して吸着プロセスの最適化も考慮されています。この研究では、CPZナノコンポジットの合成とその物理化学的特性の特性評価が含まれます。吸着実験は、異なるCIP濃度、pHレベル、温度、吸着剤の質量、および接触時間を使用して実施されます。吸着容量と効率は、分析技術を使用して評価されます。この研究の結果は、CPZナノコンポジット上のシプロフロキサシンの吸着挙動の理解に役立ちます。また、実験デザイン手法を使用して吸着プロセスを最適化するための貴重な洞察を提供します。