近年来，由于全球对抗生素需求的增长，抗生素引起的水污染问题日益受到关注[1]。抗生素在畜牧业中作为兽药被广泛使用[2]，大约80%的用于食品生产的牲畜在其生命中的部分或全部时间内都接受了兽药治疗[3]。在各种抗生素中，SDZ、TC和CIP常用于兽医应用[4]、[5]。它们分别代表三种典型的抗生素类别：磺胺类、四环素类和氟喹诺酮类，具有不同的分子结构和理化性质，适合作为评估吸附行为的模型化合物[6]。这些抗生素在牲畜和家禽废水中被检测到的浓度范围从数百ng·L⁻¹到μg·L⁻¹，突显了它们的环境相关性[7]。由于吸收和代谢不完全，大约70%–90%的抗生素可能通过尿液和粪便排入环境[8]，对生态系统和人类健康构成潜在风险。已经开发了多种去除抗生素的技术，包括过滤、离子交换、吸附、氧化、芬顿反应、光催化降解和生物降解[9]、[10]、[11]。然而，许多这些方法仍存在成本高、去除不完全、操作复杂或产生二次污染等局限性[12]、[13]。
相比之下，吸附被认为是一种高效、方便、经济且相对环境友好的去除抗生素的方法[14]。在不同的吸附剂中，生物炭因其多孔结构、较大的比表面积、可调的表面化学性质以及低成本的生物质来源而受到广泛关注[15]、[16]、[17]。植物来源的生物炭尤其有前景，因为高温热解可以增强芳香性、降低极性并增加含氧官能团（OFGs），从而提高吸附性能[18]。丝瓜海绵是一种天然植物纤维，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，具有高碳含量和丰富的纤维结构[19]。其固有的三维维管束结构有利于在热解过程中形成发达的多孔结构，使其成为生产生物炭的合适前体。然而，未经改性的丝瓜海绵生物炭对 antibiotics 的吸附能力通常有限。因此，需要进行化学活化以进一步改善其孔结构和表面反应性[20]。
在不同的活化方法中，KOH活化被广泛使用，因为它可以有效促进碳蚀刻和氧化还原反应，发展微孔结构，并显著增加生物炭的比表面积，从而提高吸附性能。例如，KOH改性的丝瓜生物炭对盐酸土霉素的最大吸附容量为662.96 mg·g⁻¹，表明这种改性策略对去除抗生素的有效性[21]、[22]、[23]。尽管KOH活化已被广泛报道，但本研究的新颖之处并不仅仅在于使用KOH作为活化剂。先前的研究表明，碱改性的或多孔碳材料可以有效吸附抗生素，例如TC在NaOH改性的火炬松生物炭上的吸附容量为274.8 mg·g⁻¹[24]，CIP在FeCl₃/KOH改性的消化物生物炭上的吸附容量为117.39 mg·g⁻¹[25]，SDZ在蔗糖基介孔碳上的吸附容量为204.28 mg·g⁻¹[26]。此外，丝瓜海绵生物炭已成功用于去除铀酰离子[27]、重金属[28]和酚[29]，表明其作为有效吸附剂的适用性。此外，丝瓜海绵的丰富性和低成本使其成为制备经济型吸附剂的理想选择[30]。然而，关于KOH改性丝瓜海绵生物炭的单种抗生素吸附、混合抗生素竞争、实际水处理、再生性能、浸出稳定性和机理分析的系统性研究仍然有限。
在本研究中，选择了丝瓜海绵作为丰富、可再生且低成本的生物质前体来制备KOH改性的生物炭（PLB-x-y）。由于丝瓜海绵固有的维管束结构以及KOH的强活化效果，所制备的生物炭预计将具有发达的多孔结构、丰富的表面官能团和增强的吸附能力。与许多仅关注实验室制备溶液中单一抗生素的先前研究不同，本研究系统地比较了SDZ、TC和CIP的吸附行为。所制备的生物炭通过Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积分析、扫描电子显微镜（SEM）、能量分散光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子光谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱进行了表征。吸附性能通过吸附动力学、等温线、热力学、pH依赖性实验、再生测试、混合抗生素吸附、实际水处理和浸出稳定性分析进行了评估。尽管本研究中使用的抗生素浓度高于环境水中通常检测到的浓度，但它们允许在受控的实验室条件下进行可靠的定量和更清晰的比较。通过将吸附实验与多种表征分析相结合，进一步解释了吸附行为。
