水热碳基电吸附选择性除磷的机制与应用：突破低浓度磷去除的瓶颈

为解决水体富营养化及磷资源短缺问题，研究人员开发了基于水热碳（HTC）的电吸附技术，通过提升电极表面氧物种含量，实现磷（P）在竞争离子（Cl?、SO42?、NO3?）存在下的高效选择性吸附（选择性>62），并将实际废水中磷浓度从0.40 mg-P L?1降至0.1 mg-P L?1以下，能耗仅0.084 kWh m?3。该研究为低浓度磷的绿色去除提供了新策略。

　　

磷是引发水体富营养化的关键元素，而传统污水处理工艺对低浓度磷（0.5–2 mg-P L^?1）的去除效率有限，且易受高浓度竞争离子（如Cl^?、SO₄^2?）干扰。化学沉淀法虽常用，但会产生大量污泥；金属基吸附剂制备复杂且再生困难。电吸附技术因无需化学品、能耗低备受关注，但传统碳材料依赖双电层（EDL）吸附，对磷的选择性差。

为解决这一难题，北京化工大学的研究团队开发了一种基于水热碳（HTC）的新型电极材料。通过以葡萄糖为碳源的水热合成法，制备出高氧含量（>30%）的HTC电极，其表面丰富的氧物种（如羧基）可特异性结合磷酸根。研究结合表面增强红外光谱（ATR-SEIRAS）原位观测，揭示了氧物种主导的吸附机制，突破了EDL对竞争离子的优先吸附限制。论文发表于《Desalination》，为低浓度磷的精准去除提供了创新方案。

关键技术包括：1）水热法制备HTC电极；2）电吸附性能测试（模拟废水含P 31 mg-P L^?1及竞争离子）；3）ATR-SEIRAS原位表征吸附过程；4）实际废水验证（某再生水厂样本，初始P 0.40 mg-P L^?1）。

Phosphorus adsorption performance
实验显示，HTC电极对P的选择性达62，远超活性炭（AC）电极的1.2。在含Cl^?（177 mg L^?1）的模拟废水中，HTC的P吸附量是AC的8倍，且能耗降低83%。

Conclusions
研究证实HTC通过表面氧物种而非EDL实现P的高效吸附，实际应用中可将P浓度降至0.1 mg-P L^?1以下，满足最严排放标准。该技术无需金属添加剂，为可持续污水处理提供了新思路。

意义
该研究不仅阐明了氧物种增强选择性的分子机制，更推动了电吸附技术从实验室走向工程应用。HTC的低成本、低能耗特性，使其在磷资源回收与水体保护领域具有广阔前景。