使用吸附法可从废水中选择性去除磷酸盐
过量的磷元素是引起水体富营养化的关键因素。传统的除磷技术如化学沉底和强化生物除磷难以满足日益严格的排放标准。磷酸盐的选择性吸附去除是一种有效的深度除磷技术，但其实现过程却极具挑战，主要原因在于磷酸盐较高的水合能和水体中大量共存的竞争性阴离子。
天然水体和污水中存在大量的阴离子、阳离子、有机物和微生物等。常用吸附剂在去除磷酸盐的过程中，容易受到共存物质（如阴离子）的影响，导致磷酸盐去除效果较低，同时通过吸附剂再生获得的磷酸盐回收液纯度较低，影响其后续处理。因此，开发具有高磷酸盐选择性的吸附剂可以避免共存阴离子对于磷酸盐吸附过程的影响，实现深度除磷，并能回收具有高纯度的磷酸盐产品。
去除机理：氢键结合,由于解离常数的不同，不同阴离子在中性pH条件下存在不同的形式，比如磷酸盐以质子化的H2PO4−和HPO42−形式存在，而其他主要阴离子如硫酸盐、硝酸盐、氯离子和氟离子以去质子化的形式存在，即SO42−,NO3−, Cl−和F−。质子化的H2PO4−和HPO42−可同时作为氢键受体和供体，而去质子化的SO42−,NO3−, Cl−和F−只能作为氢键受体。因此，如果吸附剂只含有氢键受体，那么该吸附剂理论上只吸附H2PO4−和HPO42−而不吸附SO42−,NO3−, Cl−和F−，这种情况下磷酸盐选择性为高；形状互补,每种阴离子都有自身特定的几何形状和大小，如球型（Cl−和F−）,三角型（NO3−）和四面体型（PO43−和SO42−）。因此，可通过构建在几何形状和大小与磷酸盐相匹配的吸附剂来实现磷酸盐的选择性去除,典型的吸附剂为分子印迹聚合物；内层络合，离子与离子之间的相互作用取决于最外层电子排布和空缺的分子轨道。根据软硬酸碱理论（Hard Soft Acid Base (HSAB) theory），“硬”的碱（如磷酸盐）与“硬”的酸（如常见的金属铁、铝等）反应较快速，形成较强的键结。需要指出其他共存阴离子如硫酸盐、硝酸盐和氯离子均属于“硬”碱，但这些离子提供孤立电子对的能力有别，一般认为磷酸盐提供孤立电子对的能力较强。因此金属基材料可作为潜在的吸附剂，选择性去除磷酸盐。
磷酸盐吸附剂所应具备在低磷酸盐浓度下具有高吸附容量，快速的吸附速率，高选择性，易再生，高稳定性，低成本和低毒性特点，为设计理想的吸附剂提供了理论基石。但在实际应用中，仍然需要注意天然水体中存在的溶解性有机磷对于实现深度除磷的影响以及处理系统的环境可持续问题。
参考文献：Wu B, Wan J, Zhang Y, Pan B, Lo IMC. Selective Phosphate Removal from Water and Wastewater using Sorption: Process Fundamentals and Removal Mechanisms. Environ Sci Technol. 2020;54(1):50-66.
DOI:10.1021/acs.est.9b05569
撰写人：方苗/张潇逸