Исследователи из Чжэцзянского научно-технического университета представили результаты изучения механизмов адсорбции антибиотиков тетрациклинового ряда на биоугле. Работа, опубликованная в журнале Biochar X, детально описывает взаимодействие различных молекул с пористым углеродным материалом, полученным путем пиролиза рисовой соломы. Эти данные позволяют повысить эффективность очистки сточных вод и точечно разрабатывать сорбенты для определенных типов загрязнений.
Масштабное применение антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве привело к их накоплению в природных водоемах. Значительная часть этих соединений не расщепляется полностью и попадает в экосистемы в активной форме. Традиционные методы фильтрации часто оказываются недостаточно эффективными против таких молекул, что способствует развитию антибиотикорезистентности у микроорганизмов и создает риски для здоровья населения.
Биоуголь считается перспективным сорбентом, однако до сих пор его эффективность изучалась без учета структурных различий между препаратами одной группы. Ученые проанализировали поведение пяти аналогов тетрациклина, включая доксициклин и миноциклин. С помощью спектроскопии и компьютерного моделирования удалось выявить конкретные функциональные группы, отвечающие за связывание лекарственных веществ с поверхностью угля.
Процесс очистки зависит от распределения электронной плотности в молекулах антибиотика. Наличие определенных химических заместителей может существенно ускорять или замедлять поглощение вещества. Так, доксициклин и миноциклин связываются с биоуглем быстрее других аналогов за счет формирования устойчивых водородных связей. Исследование подтвердило, что биоуголь сохраняет работоспособность в широком диапазоне кислотности среды, что важно для его практического использования.
Математическая модель, представленная авторами работы, позволяет прогнозировать поведение загрязнителей на основе их химического строения. Переход от эмпирического подбора сорбентов к точному моделированию дает возможность создавать материалы, адаптированные под конкретный состав стоков. Такой подход может стать основой для систем водоподготовки нового поколения, способных эффективно противодействовать накоплению лекарственных средств в окружающей среде.