高性能结晶磷酸锆吸附剂的简易合成及其铵离子插层机制推动新一代血液透析技术发展

本研究通过氟离子辅助溶胶-凝胶法开发出高结晶层状磷酸锆（ZrP）吸附剂α-H2ZP，其对碳酸铵的铵离子（NH4+）吸附容量达6.46 mmol/g，较传统材料提升28%，且钠离子溶出率低。该材料在碱性环境中层间扩张的特性显著增强NH4+插入能力，为便携式/可穿戴人工肾脏（PAK/WAK）的透析液再生提供了高效低成本解决方案。

　　

氟离子驱动的结晶路径：将无定形ZrP前体转化为层状结晶相

无定形ZrP向层状结晶结构的转化是开发可规模化高性能血液透析吸附剂的关键步骤。本研究策略性引入氟离子作为结晶介质，在温和条件（80°C加热5小时）下实现快速结构有序化。基于传统无定形ZrP（A-HZP）合成方法（参见方程式11），我们进一步加入氟离子作为催化剂，合成高结晶度层状材料。氟离子通过与锆配位加速磷酸骨架重排，形成热力学稳定的α相结构。热处理进一步促进层间水分子脱除与结构致密化，最终获得具有规则层间距的α-H₂ZP。这种氟驱动结晶路径避免了高温高压条件，显著降低能耗与生产成本。

结论

本文介绍了一种合成高结晶度层状磷酸锆的新方法。通过在溶胶-凝胶过程中引入氟离子并采用热处理，可将无定形磷酸锆转化为高结晶度层状结构。与依赖高温高压的现有方法相比，该方法更简单、快速、高效且环境友好，更适用于大规模生产，同时显著降低成本。所制备的α-H₂ZP展现出卓越的铵离子吸附性能与低钠溶出特性，为新一代血液透析技术提供了关键材料基础。