【产品应用】创新MnLa-LDH与MnAl-LDH协同多机制固定沉积物内源磷

2025-10-31

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近日,河海大学燕文明&吴挺峰团队研究合成了两种层状双氢氧化物材料MnLa-LDH和MnAl-LDH,用于固定富营养化湖泊沉积物中的内源磷,相关研究工作取得突出进展。研究结果以“Innovative MnLa-LDH and MnAl-LDH for synergistic multi-mechanism immobilization of internal phosphorus in sediments”为题,在环境化学与环境工程交叉领域的知名期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表,第—作者为李皋翔。

摘要

作为沉积物覆盖材料中的磷(P)吸附剂,层状双氢氧化物(LDHs)在P固定方面表现出显著效能,可有效抑制沉积物中内源P的释放。本研究采用简单的水热共沉淀法合成锰镓层状双氢氧化物(MnLa-LDH)与锰铝层状双氢氧化物(MnAl-LDH),用于富营养化湖泊沉积物中P的固定。Langmuir与Redlich-Peterson等温吸附模型均对实验数据表现出良好的拟合度,表明吸附过程介于单层吸附与多层非均相覆盖之间。MnLa-LDH的最大吸附容量103.97mg/g,MnAl-LDH为72.63mg/g。实验结果显示,MnLa-LDH与MnAl-LDH覆盖处理均显著降低了沉积物孔隙水中可溶性活性磷(SRP)浓度,在83天内0至−100mm深度范围内的去除率分别达到84.90%与70.73%。为精准评估两种材料对沉积物内源磷释放的抑制效果,本研究采用HR-Peeper(高分辨孔隙水采样装置)开展原位、高分辨的沉积物孔隙水样品采集工作,重点测定孔隙水中SRP和Fe (II) 的浓度。结果证实两种LDH材料均能将SRP转化为极稳定的P形态,从而显著降低沉积物中内源P的释放风险。傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线光电子能谱(XPS)分析表明,MnLa-LDH与MnAl-LDH对P的吸附通过静电吸引、层间离子交换以及金属与P形成内层络合物三种机制协同作用。该研究证实,MnLa-LDH与MnAl-LDH可作为有效的覆盖材料用于抑制沉积物中内源P的释放,为富营养化湖泊沉积物治理提供了一种创新策略。


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各处理组沉积物剖面中SRP浓度分布


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不同处理组孔隙水中SRP浓度箱型图:(a) 覆盖前期(1–17天),(b) 覆盖中期(20–45天),(c) 覆盖后期(49–83天)


结论

本研究系统评估了MnLa-LDH与MnAl-LDH作为沉积物覆盖材料对沉积物内源P的固定效能。吸附等温线结果表明,两种材料均符合Langmuir与Redlich-Peterson模型,吸附行为介于单层与多层非均相覆盖之间。MnLa-LDH最大吸附容量达103.97mg/g,显著高于MnAl-LDH的72.63mg/g。FTIR与XPS解析共同揭示三种主导机制:(1) 质子化羟基通过静电作用捕获磷酸根;(2) 层间Cl⁻、CO₃²⁻与磷酸根发生离子交换;(3) 磷酸根与La/Al中心形成内层配位络合物。沉积物培养实验表明,覆盖两种材料后孔隙水中SRP浓度及P通量均显著低于对照组;P形态分级进一步证实,易释放态P可向稳定态P转化。综上,MnLa-LDH与MnAl-LDH兼具高P固定容量与多机制协同稳定性,是富营养化湖泊沉积物原位修复的潜力覆盖材料。后续研究需聚焦其在自然水体中的工程适用性、长期稳定性评估,以及P饱和LDHs的再生回收策略(如磁性载体引入)等关键问题。


Gaoxiang Li, Wenming Yan, Qi Li, Minjuan Li,   Junliang Jin, Tingfeng Wu, Chenjun Yang,   Yichun Shao, Jingwei Wu, Ningyue Wang, Innovative MnLa-LDH and MnAl-LDH for synergistic multi-mechanism immobilization of internal phosphorus in sediments, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 13, Issue 6, December 2025, 119617,https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.119617.


文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343725043131

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