铈/铁改性沸石高效同步去除磷石膏渗滤液中磷酸盐与氟化物的吸附机制研究

针对磷石膏渗滤液中磷(PO43?)与氟(F?)污染难题，研究人员开发了铈/铁改性沸石(Ce/Fe-ZL)吸附剂，通过静电作用、配体交换和氢键等多机制协同，实现磷酸盐(172.0 mg/g)和氟化物(45.68 mg/g)的高效同步去除，兼具宽pH适应性及5次循环后仍保持70%以上效率的稳定性，为工业含磷氟废水处理提供新策略。

　　

磷石膏作为磷酸盐工业的副产物，其堆存过程中产生的渗滤液含有高浓度磷酸盐(PO₄^3?)和氟化物(F^?)，对长江流域生态环境构成严峻威胁。尽管磷石膏综合利用率已超50%，但每年仍有数千万吨新增堆存量，其中可溶性磷氟的迁移导致长期水污染。这些元素既是污染物，又是农业和化工的关键资源，如何高效回收成为行业可持续发展的核心挑战。

针对这一难题，中国的研究团队以粉煤灰为原料，设计出铈/铁双金属氧化物改性沸石(Ce/Fe-ZL)吸附剂。该材料通过简单浸渍-煅烧法制备，结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征其多孔结构，并利用批量吸附实验和动态柱实验评估性能。研究发现，铁(Fe)位点主导磷酸盐吸附，而铈(Ce)位点偏好氟化物捕获，在共存体系中磷酸盐因更高结合亲和力优先占据Fe位点，氟化物则通过≡Ce–OH的氢键辅助吸附。

关键实验结果揭示：1）最大吸附容量达172.0 mg/g (PO₄^3?)和45.68 mg/g (F^?)；2）宽pH适应性(3-10)且抗Cl^?/NO₃^?/SO₄^2?干扰；3）实际渗滤液处理后磷氟浓度分别降至0.5 mg/L和1.0 mg/L以下，满足饮用水标准；4）再生5次后效率仅降低28.25%(磷)和17.88%(氟)。

这项发表于《Separation and Purification Technology》的研究，创新性地通过双金属协同效应解决了传统吸附剂选择性差的瓶颈。Fe的引入不仅降低成本，还通过≡Fe–OH的配体交换增强磷吸附，而Ce的氢键网络弥补了氟化物在竞争吸附中的劣势。该材料在湖北某磷化工基地中试中表现出色，为磷石膏堆场渗滤液的“污染控制-资源回收”双目标治理提供了技术范式，对长江经济带生态保护具有重要实践意义。