一种用于湖泊地质工程的新型镧铝复合固磷剂

　　湖泊富营养化现象已成为人类日益严峻的环境问题，而过量的磷进入水体是导致湖泊发生富营养化的关键因素之一。因此，探寻高效安全的磷去除新材料和新原理成为环境领域研究的热点。镧改性吸附剂因其具有较稳定的固磷效果而成为当今研究最为广泛的除磷材料之一。中国科学院生态环境研究中心潘纲研究员带领的课题组通过镧铝共沉淀的方法制备出一种新型镧铝固磷剂LAH，并结合同步辐射的表征手段研究了镧铝固磷剂的微观特性以及对水体中磷污染物的去除效果和作用机制（Environ.Sci.Technol.2017, 51, 3418-3425）。 

　　图1 基于同步辐射手段从分子水平上探究了镧铝复合固磷剂中各原子的微观特征，发现了磷酸根通过双齿双核内层络合结合在镧铝固磷剂的表面，并且固磷剂中镧化合物表面的氧空位结构对磷酸盐的固定起到了重要的促进作用。 

　　基于同步辐射光源的X射线吸收结构谱技术对固、液、气三相样品均可实现元素氧化还原状态的原位探测，在分子水平上给出目标元素周围的局部结构和化学信息，在非破坏性、原位直接表征等方面体现出其独特的优越性。近年来，该技术已广泛应用于环境领域，成为环境介质中磷形态表征及固-液界面反应机制研究中的前沿技术。尤其是X-射线吸收近边结构（XANES）技术可直接探测矿物结合态磷的局部结构和化学信息，因而是研究多元混合体系中磷吸附分配的有力手段。 

　　为了探究正磷酸盐在镧铝复合固磷剂中镧化合物和铝化合物上的具体分配特性和固磷机理，该研究组测定了固磷剂吸附磷后样品中磷的K边XANES 图谱，数据采集在北京同步辐射装置(BSRF) 4B7A-中能实验站进行。磷K边XANES结果表明，酸性条件pH 4.0 时，磷与镧铝固磷剂中铝化合物的结合能力强；在碱性条件pH 8.5 时，磷与镧铝固磷剂中镧化合物的结合能力强，证明了配位体交换机理的除磷作用。结合La的XAFS的结果可以得出，磷酸根通过形成双齿双核内层络合物的结构结合在镧铝固磷剂中镧化合物的表面，并且固磷剂中镧化合物表面的氧空位结构对磷酸盐的也起到一定的吸附作用。镧铝固磷剂主要通过静电引力机理、配位体交换机理和氧空位的共同作用去除水体中的正磷酸盐。同步辐射实验提供的分子水平的结构信息能够为后期制备多功能磷吸附剂提供重要的指导意义。 

　　发表文章： 

　　Rui Xu, Meiyi Zhang, Robert J. G. Mortimer, and Gang Pan*, Enhanced Phosphorus Locking by Novel Lanthanum/Aluminum-Hydroxide Composite: Implications for Eutrophication Control, Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 3418-3425.