抗生素的广泛使用及其不可避免地释放到水环境中，对公共健康和生态系统稳定性构成了严峻的全球性威胁（Li等人，2025年）。除了其固有的毒性外，氟喹诺酮类（如诺氟沙星，NOR）和四环素类（如四环素，TC）等化合物即使在微量浓度下也会对细菌产生选择压力，促进耐抗生素细菌（ARB）和耐药基因（ARGs）的增殖，从而削弱现代医学的效果（Zhang等人，2021年；Zieliński等人，2021年）。市政污水处理厂往往缺乏有效去除这些生物活性微污染物的能力，导致它们持续排放（Chen等人，2020年）。因此，开发有效的三级处理或点源修复技术至关重要。在各种方法中，吸附技术因其操作简便且无有害副产物而受到青睐（Ravi和Kumar，2024年）。然而，寻找理想的吸附剂面临一个根本性的难题：一方面，工程纳米材料表现出卓越的吸附性能，但其次生风险阻碍了其大规模应用（Chai等人，2021年）；另一方面，丰富的天然矿物或工业副产物虽然成本低廉且可持续，但其性能通常较低且不可预测，因为它们的性质受来源成分变化的影响（Adam等人，2025年）。这在水处理材料领域造成了高性能与实际应用之间的巨大差距。
最近的“废物转化为财富”策略试图通过将固体废物转化为功能性吸附剂来弥合这一差距（Chenavaz和Dimitrov，2024年；Jiang等人，2022年；Kalkanis等人，2022年）。然而，许多研究的共同局限性在于将废物视为一种通用、定义不清的原料进行处理（Hamer，2003年）。合成过程往往依赖于经验性的单步修改，无法建立废物特定化学性质、所采用的合成参数与最终吸附性能之间的可预测和可控关系（Jiang等人，2019年；Mashkoor等人，2024年）。这种缺乏合理设计原则的情况导致材料的性质更多是偶然形成的，而非经过工程设计的，从而限制了废物衍生前体的充分利用（Beach等人，2009年；Demirbas，2011年）。为了解决这一问题，本研究提出了一种针对特定工业废物——钒提取中和渣（VNR）的合理合成与优化方法。这种废物不再被视为通用废物，而是一种具有潜在水热合成羟基磷灰石（HAP）能力的特定成分起始材料（Huang等人，2025a；Huang等人，2023年，2024年）。核心假设是，所得含锰羟基磷灰石前体（Mn-HAP-VNR）的吸附性能并非由废物来源决定，而是可以通过可控的合成条件进行精确和系统的工程改造，从而控制其关键的微观结构和表面化学性质。通过整合废物增值、高性能吸附和环境安全性验证，本研究建立了一种从固体废物到水净化的可行闭环策略。
羟基磷灰石（HAP，Ca10(PO4)6(OH)2）是一种有前景的吸附剂候选材料，因为它具有丰富的表面化学性质、离子交换能力，并且其晶体晶格内可以容纳多种阳离子和阴离子取代（Ibrahim等人，2020年；Krishnan G等人，2021年；Liao等人，2024年）。特别是用过渡金属离子（如Mn2+）替代Ca2+可以调节表面电荷、增加缺陷位点密度，并引入额外的配位中心，从而可能提高对有机污染物的吸附能力（Villaseñor-Cerón等人，2023年；Xu等人，2023年）。尽管有这些优势，但关于过渡金属掺杂如何影响HAP基材料对抗生素吸附的分子层面理解仍然有限。大多数现有研究依赖于宏观批次实验和经验性表征，很少有研究提供吸附剂官能团与掺杂金属中心之间具体结合配置的直接光谱证据。
因此，本研究旨在：（i）系统地研究关键水热合成参数（pH值、磷酸盐浓度、Ca/Mn比例）对诺氟沙星（NOR）和四环素（TC）吸附能力的影响，确定最佳性能参数；（ii）全面表征优化后的材料，将其优异性能与特定结构特征（如Mn(II)掺入量、表面积、孔结构）联系起来；（iii）通过平衡、动力学、热力学和分子光谱分析，从机制上阐明两种抗生素的吸附过程，揭示它们不同的吸附途径。研究结果表明，Mn-HAP-VNR实现了异常高的吸附能力，远超许多工程化材料，这种提升主要归因于Mn掺杂和最佳合成条件的协同效应。更重要的是，本研究建立了一个可验证的因果链：废物组成 → 可控合成 → 定制材料性质 → 可预测且优异的吸附功能。这超越了基于经验的再利用方法，迈向了基于原理的增值策略，为将可预测的工业副产物转化为高性能、特定应用的吸附剂提供了可复制的蓝图，从而为固体废物管理和水污染问题提供了具体的解决方案。
