镍离子修饰壳聚糖水凝胶：高效去除水中过量磷酸盐(V)阴离子的创新吸附剂

本研究针对水体富营养化问题，开发了一种镍离子修饰的壳聚糖水凝胶(Cs-Ni)吸附剂，通过Langmuir模型证实其磷酸盐(V)最大吸附容量达62.5 mg/g，较未修饰壳聚糖显著提升。该材料在pH 7条件下展现优异吸附性能，经0.1 M NaOH溶液可实现95%脱附效率，且能重复使用5次以上。研究为水体磷污染治理提供了可循环利用的环保解决方案，对实现《欧洲绿色协议》磷减排目标具有重要实践意义。

　　

水体富营养化已成为全球性环境挑战，其中磷酸盐(V)过量排放是引发藻类暴发、溶解氧耗竭的关键因素。传统磷去除技术存在效率低、二次污染等问题，而生物聚合物基吸附材料因其环保特性备受关注。西里西亚工业大学的研究团队创新性地将镍离子(Ni²⁺
)与天然多糖壳聚糖(Cs)结合，开发出具有三维网络结构的Cs-Ni水凝胶吸附剂，相关成果发表在《Water Resources and Industry》期刊。

研究采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)表征材料形貌，通过批式吸附实验考察pH、温度、竞争离子等因素影响，运用Langmuir和Freundlich模型分析吸附等温线，并采用伪二级动力学(PSO)模型解析吸附机制。实验选用波罗的海和地中海真实水样验证实际应用效果。

材料表征显示，Cs-Ni水凝胶形成4 μm-0.5 μm的多孔网络结构，镍元素均匀分布(EDS检测含量54.67±3.16 wt%)。吸附性能测试表明：在pH 7、293 K条件下，10%镍负载量的Cs-Ni对磷酸盐(V)吸附量达22 mg/g，是未改性壳聚糖的4倍。Langmuir模型计算最大吸附容量为62.5 mg/g，Freundlich模型(1/n=0.4183)提示表面异质性吸附机制。竞争离子实验发现，SO₄
^2-
会使磷去除率降低50%，而Cl^-
、NO₃
^-
等单价离子影响较小。

环境应用测试显示，Cs-Ni对淡水(穆尔河)和海水(地中海)中磷酸盐(V)的去除率分别为36.5%和21.7%。通过0.1 M NaOH溶液脱附后，材料可重复使用5次仍保持60%初始吸附容量。值得注意的是，整个过程中未检测到镍离子泄漏(<0.05 mg/dm³
)，证实材料的环境安全性。

该研究突破性地实现了三个技术价值：首先，利用Ni₃
(PO₄
)₂
极低溶度积(K_sp
=4.7×10^-32
)的特性，通过化学吸附增强磷固定效率；其次，水凝胶珠粒(直径1.08-2.25 mm)的宏观形态便于固液分离；第三，材料在碱性脱附后镍结构保持稳定，为磷资源回收提供可能。这些发现为开发兼具高效性和可持续性的水处理技术提供了新思路，特别适用于污水处理厂尾水深度处理和受污染水体的生态修复。