《Results in Surfaces and Interfaces》：Investigation of the effectiveness of sea purslane
(Sesuvium portulacastrum) as phosphate adsorbent material
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本研究针对水体磷酸盐污染引发的富营养化问题，首次系统探讨了海岸盐生植物海马齿作为新型生物吸附剂的磷酸盐去除潜力。研究通过吸附等温线、动力学和热力学分析，揭示了其在酸性条件下通过静电作用实现98.83%去除率的多层物理吸附机制，为低成本废水处理提供了新思路。
随着工业废水和农业径流的大量排放，水体中过量的磷酸盐已成为引发湖泊、河流富营养化的关键污染物。当磷酸盐浓度超过自然水体的自净能力时，会刺激藻类疯狂繁殖，消耗水中溶解氧，导致鱼类大量死亡，水体生态系统崩溃。目前国际排放标准通常要求将磷酸盐浓度控制在2 mg/L以下，但传统处理方法如化学沉淀、活性炭吸附等存在成本高、易产生二次污染等问题。因此，开发低成本、高效且环境友好的吸附材料成为环境科学领域的重要研究方向。
在这项发表于《Results in Surfaces and Interfaces》的研究中，泰国农业大学渔业学院的科研团队将目光投向了海岸带广泛分布的一种盐生植物——海马齿。这种植物在泰国超过3200公里的海岸线和大量红树林区域随处可见，具有极强的环境适应性和重金属富集能力，但其在磷酸盐吸附方面的潜力尚未被系统探索。研究人员首次全面评估了海马齿作为生物吸附剂去除水中磷酸盐的性能，并深入解析了其吸附机理。
研究团队采用的关键技术方法包括：通过扫描电子显微镜观察吸附剂表面形态变化；利用点零电荷测定分析表面电荷特性；采用吸附等温线模型和动力学模型拟合吸附行为；通过热力学参数计算揭示吸附过程的自发性。实验材料采集自泰国沙没颂堪府Khlong Khon湿地的海马齿植株，经过清洗、切割和干燥处理后制成生物吸附剂。
海马齿作为吸附材料的特性
海马齿是一种多年生盐生草本植物，茎部呈网状交织结构，表面光滑且肉质厚实。显微镜观察显示其茎部横切面具有清晰的细胞结构，包括维管形成层和细胞内色素。干燥后的海马齿茎部呈深褐色，扫描电镜显示其表面具有丰富的孔隙结构，为磷酸盐吸附提供了理想的附着位点。
海马齿对磷酸盐的吸附效率
研究人员系统考察了接触时间、吸附剂用量、温度、pH值和初始浓度对吸附效率的影响。结果表明，在pH为2的酸性条件下，使用1.0克吸附剂处理4小时可达最大吸附效率98.83±0.77%。吸附容量随初始磷酸盐浓度增加而从0.02±0.001提高至0.89±0.02 mg/g。温度在25-60°C范围内对吸附效率无显著影响，表明该过程主要为物理吸附。
点零电荷分析
海马齿的点零电荷为5.15，当溶液pH低于此值时，吸附剂表面带正电荷，可通过静电作用有效吸附带负电的磷酸根离子。这解释了在pH=2时获得最佳吸附效果的原因，此时静电吸引力最强。
吸附等温线研究
Freundlich等温线模型比Langmuir模型能更好地描述吸附数据，决定系数R2分别为0.9303和0.8646。Freundlich常数KF=9.931 L/mg，1/n=2.2877(>1)，表明海马齿表面具有异质性，磷酸盐在其上发生多层吸附，且吸附过程易于进行。
吸附动力学分析
伪一级动力学模型比伪二级模型更符合实验数据，R2分别为0.9332和0.8324。平衡吸附容量qe=2.3222 mg/g，速率常数K1=0.0069 min-1，进一步证实物理吸附是主要机制。
吸附热力学研究
热力学参数显示，焓变ΔH°=+52.179 kJ/mol，表明吸附为吸热过程；吉布斯自由能变ΔG°在25-50°C范围内均为负值，证实过程可自发进行；熵变ΔS°=+196.826 J/mol·K，反映吸附后固液界面无序度增加。
表面形态变化
扫描电镜观察发现，吸附磷酸盐后海马齿表面由疏松多孔变为致密厚重，表明磷酸盐分子成功附着在吸附剂表面并填充了原有孔隙。
研究结论表明，海马齿作为一种丰富易得的沿海植物，在酸性条件下对磷酸盐具有优异的吸附性能，主要通过物理吸附和静电作用实现去除。其吸附行为符合Freundlich等温线和伪一级动力学模型，是一个自发的、吸热的多层吸附过程。与蛋壳衍生氧化钙、稻壳、活性炭等传统吸附剂相比，海马齿在酸性条件下表现出竞争优势，且具有成本低、环境友好、来源广泛等优势。这项研究为利用沿海植物资源进行水体磷酸盐污染治理提供了新思路，特别适用于沿海地区的小规模水产养殖和社区废水处理，同时实现了杂草生物质的高值化利用。未来研究可进一步探索海马齿在实际废水中的吸附性能、再生利用潜力以及与其他处理技术的协同效应。
