2 значение (0.989) и скорректированный R

2 (0.984). Числовая оптимизация предложила оптимальные условия процесса при концентрации CIP 55 мг/л, массе адсорбента 0.72 г/л, pH 5.8 и температуре 47°C, достигая максимальной эффективности адсорбции 98.4% за 88 мин. Модель, поддерживаемая значением F 345.2, продемонстрировала надежную предсказательную способность, предлагая ценные идеи для масштабирования процесса. Результаты экспериментов на равновесие показали, что кинетика PSO и изотерма Ланжевена продемонстрировали наивысшую согласованность, поддерживаемую более низким коэффициентом ошибки и значительным коэффициентом регрессии. Кроме того, термодинамические параметры указывали на спонтанный и эндотермический характер экспериментального процесса.

Идентификация фармацевтических соединений в водных источниках представляет собой значительную экологическую проблему. Лечение бактериальных заболеваний у людей, скота и рыб в значительной степени зависит от широкого использования антибиотиков. По оценкам, в мире ежегодно применяется от 100 000 до 200 000 тонн антибиотиков для лечения человеческих заболеваний. Использование антибиотиков значительно возросло во время пандемии коронавируса, так что использование некоторых антибиотиков, как сообщается, увеличилось до шести раз. Принадлежащий ко второму поколению фторхинолонов, Ципрофлоксацин (ЦИП) классифицируется как антибиотик широкого спектра действия. Широкое использование и неправильная утилизация антибиотиков оказали негативное влияние на водные объекты, вызывая несанкционированный сброс сточных вод, как в их первоначальной форме, так и в виде метаболитов. Недавние исследования выявили наличие ЦИП в водных экосистемах по всему миру, связанное с различными неблагоприятными симптомами, такими как диарея, головные боли, рвота и тремор. Таким образом, высокая стойкость и потенциальные неблагоприятные эффекты ЦИП на водные организмы и здоровье человека делают его удаление из водных растворов крайне важным.

Было исследовано множество методов удаления CIP из воды, таких как адсорбция, процессы продвинутого окисления, мембранная фильтрация и биологическая обработка. Адсорбция была предметом значительного внимания среди этих подходов благодаря своей экономической эффективности и простоте реализации. Механизм адсорбции включает в себя прикрепление загрязняющих веществ к твердому веществу, обозначаемому как адсорбент. Для удаления CIP было исследовано множество адсорбентов, включая активированный уголь, цеолиты и полимеры. Эти материалы обладают высокой площадью поверхности и специфическими функциональными свойствами поверхности, которые обеспечивают эффективную адсорбцию целевого соединения.

В последние годы внимание уделяется разработке экологически чистых и эффективных адсорбентов для удаления фармацевтических соединений из воды. Одним из таких материалов является нанокомпозит CPZ. Нанокомпозит CPZ представляет собой уникальное сочетание хитозана, полиакриламида и зеолитного имидазолатного каркаса-8. Хитозан, биополимер, получаемый из хитина, обладает отличными адсорбционными свойствами благодаря своей обширной поверхности и разнообразным функциональным группам. Полиакриламид улучшает механическую стабильность и дисперсность нанокомпозита, в то время как зеолитный имидазолатный каркас-8 обеспечивает дополнительные адсорбционные сайты и селективность по отношению к конкретным загрязнителям.

Хитозан (CS) был выбран из-за его обилия аминогрупп и гидроксильных групп, которые обеспечивают активные сайты для координации металлов и водородных связей с антибиотиками фторхинолонами. Полиакриламид (PAM) предлагает высокую гидрофильность, механическую стабильность и дополнительные амидные функциональные группы, которые усиливают структурную целостность композита. ZIF-8, основанная на цинке металлоорганическая структура, была введена из-за своей высокой пористости, настраиваемого размера пор и способности адсорбировать органические микрополлютанты через π–π взаимодействия и электростатические взаимодействия. Ожидается, что интеграция этих трех компонентов создаст синергетические эффекты: (i) CS обеспечивает биосовместимый каркас с функциональными группами для якорения ZIF-8; (ii) PAM улучшает стабильность гидрогеля и предотвращает агрегацию частиц, и (iii) ZIF-8 вносит высокий удельный объем и селективные адсорбционные сайты. Вместе эта гибридная архитектура сочетает в себе гибкость и стабильность полимерных матриц с высокой адсорбционной способностью МОФ, тем самым повышая эффективность удаления ципрофлоксацина сверх вклада каждого компонента по отдельности.

Это исследование способствует развитию знаний, представляя экологически чистый гибридный нанокомпозит (CPZ) в качестве многообещающего адсорбента для удаления CIP из водных растворов. В отличие от традиционных адсорбентов, таких как активированный уголь или глины, разработанный материал сочетает в себе преимущества натуральных биополимеров, синтетических полимеров и металлоорганических каркасов, предлагая уникальную структурную синергию. В дополнение к разработке материала, исследование применяет систематический подход к экспериментальному дизайну для оптимизации условий адсорбции, предоставляя методологические идеи для улучшения процессов и потенциального масштабирования. Эти аспекты в совокупности подчеркивают новизну работы и позиционируют ее в рамках растущего объема исследований, сосредоточенных на устойчивых стратегиях снижения антибиотиковой загрязненности в водных системах.

В отличие от методов постимпрегнации или массовой кристаллизации/физического смешивания, предложенный маршрут разработан для содействия нуклеации ZIF-8 на матрице. Сначала создается сеть CS–g–PAM с помощью полимеризации, инициированной персульфатом, в разбавленной уксусной кислоте, обеспечивая координированные –NH₂/–OH сайты. После короткого ультразвукового импульса вводится Zn(NO₃)₂ и позволяет ему комплексировать с основой перед добавлением 2-метилимидазола, тем самым инициируя гетерогенную нуклеацию непосредственно на полимере. Два коротких ультразвуковых воздействия (по 10–15 минут каждое) улучшают дисперсию и ограничивают вторичный рост. Полностью водный, низкотемпературный протокол устраняет необходимость в органических растворителях и солвотермальных условиях. Эта последовательность облегчает образование анкерованных доменов MOF с улучшенными текстурными свойствами по сравнению с традиционными методами смешивания.

В целом, текущее исследование направлено на создание экологически чистого и эффективного адсорбента для удаления CIP из воды. Для этого также рассматривается оптимизация процесса адсорбции с использованием методологии экспериментального проектирования. Исследование включает синтез нанокомпозита CPZ и характеристику его физико-химических свойств. Эксперименты по адсорбции будут проводиться с использованием различных концентраций CIP, уровней pH, температуры, массы адсорбента и времени контакта. Вместимость и эффективность адсорбции будут оцениваться с использованием аналитических методов. Результаты этого исследования помогут в понимании поведения адсорбции ципрофлоксацина на нанокомпозите CPZ. Это также предоставит ценные сведения для оптимизации процесса адсорбции с использованием методологии экспериментального проектирования.