磷是引起水体富营养化的限制性营养物质，研究表明0.02ppm以上的磷即可使水体富营养化进程加快。传统的除磷技术如化学沉淀、生物法等通常只能将废水中的磷酸盐降低到1-5 mg/L，难以满足日益严苛的磷排放标准，因此迫切需要开发一种新型高效除磷技术对排入水体的含磷废水进行深度处理。

近期纳米钛氧化物因其对磷酸盐具备特异性吸附能力受到广泛关注，但其在含磷废水常见的中性pH范围吸附量较小，同时超细的颗粒尺寸使其在应用于间歇式或连续式水处理系统中存在压降大、难以固液分离的难题。针对这一技术瓶颈，我院聂广泽老师课题组通过将纳米钛氧化物分散到大颗粒的带有丰富正电荷的高分子聚合物载体（NS）内，研制了一种毫米级尺寸的钛基纳米复合材料Ti-NS。该复合材料具备两种类型的吸附位点，即载体上的正电荷基团和孔道内的钛氧化物纳米颗粒，可分别通过静电作用和表面络合作用去除水中的磷酸盐，且载体骨架上不可扩散的正电荷产生的Donnan膜效应，可对水中磷酸盐离子产生预富集和强化扩散作用。研究结果表明Ti-NS在中性pH范围具备最佳的吸附容量，同时表现出了快速的吸附动力学特性和优异的吸附选择性。固定床循环吸附实验进一步证实Ti-NS对模拟废水和实际废水均具备较高的处理容量，吸附饱和后的吸附剂可用NaOH-NaCl进行有效再生，再生后吸附剂的处理能力几乎没有损失，表明吸附剂具备良好的循环使用性能。

图1 Ti-NS除磷作用示意图（上）和柱吸附脱附性能（下）

该研究还采用了SEM-EDS和XPS等技术对吸附剂深度除磷机理进行了探讨，明确了复合材料两种吸附位点的除磷作用机制。研究成果在工程技术类知名SCI期刊Chemical Engineering Journal上发表，论文题为“Efficient removal of phosphate by a millimeter-sized nanocomposite of titanium oxides encapsulated in positively charged polymer”，聂广泽老师为该文的第一作者和通讯作者，该工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894718321430

作者：环境科学与工程学院；审核：张永军