二维镧片与氧化铁枝晶复合材料对废水中磷酸盐回收的协同增效机制研究

本研究针对水体富营养化与磷资源枯竭问题，通过水热/溶剂热法构建α-Fe2O3枝晶与二维镧片（LF-6）复合吸附剂，实现229.66 mg P/g的超高磷酸盐吸附容量，较纯Fe2O3提升4.1倍。该材料在共存阴离子干扰下仍保持优异性能，经5次循环再生后吸附效率稳定，为废水磷回收提供了兼具高选择性、强稳定性的解决方案。

　　

磷元素（P）是维系全球粮食安全的战略资源，但天然磷矿的不可再生性与水体富营养化问题正形成尖锐矛盾。当前废水除磷技术如化学沉淀法易产生二次污染，生物处理效率低下，而传统吸附剂对低浓度磷酸盐的捕获能力有限。如何开发兼具高吸附容量、强选择性和可循环性的材料，成为环境治理与资源回收领域的关键挑战。

韩国汉阳大学Jong-Oh Kim团队在《Environmental Research》发表研究，创新性地将二维镧片（La）与α-Fe₂O₃枝晶复合，通过水热-溶剂热法制备LF-6吸附剂。采用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）等技术表征材料形貌，结合动力学实验与等温模型分析吸附机制。

材料表征与性能
FESEM显示α-Fe₂O₃枝晶（FO）呈5-10 μm有序分支结构（图1a），而LF-6中镧片均匀覆盖枝晶表面形成异质结（图1c）。XRD证实镧以La(OH)₃晶相存在，比表面积达89.7 m²/g。

吸附机制
LF-6在pH 6.7、25°C时吸附容量达229.66 mg P/g，符合Langmuir模型（R²>0.99），伪二级动力学（PSO）表明化学吸附为主导机制。XPS分析揭示La-O-P配位键的形成，而FTIR显示磷酸根与La-OH的配体交换反应。

实际应用验证
共存Cl^-、SO₄^2-时吸附量保持90%以上，5次循环后容量仅下降7.3%。实际污水处理中磷去除率超85%，证明其工程应用潜力。

结论与意义
该研究通过构建La-Fe₂O₃异质结，首次实现二维镧片对磷酸盐的定向捕获，其容量超越多数报道的镧基复合材料。材料制备工艺简单、环境友好，为磷资源循环与水体治理提供了双赢策略。未来可进一步优化镧片负载量以降低成本，推动工业化应用。