镧改性磁性蛋壳粉对水体磷酸盐的吸附回收及其肥料化应用潜力研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Study on the Potential of Lanthanum-Modified Magnetic Eggshell Powder for Phosphate Separation from Aqueous Solutions and its Recovery as Phosphate Fertilizer

　　本研究创新性地开发了镧改性磁性蛋壳粉（LF-CEP）吸附剂，通过内层络合机制（La3?/Fe3?）实现高效磷酸盐吸附（44.765 mg/g），并建立"废弃物资源化-污水除磷-磷肥回收"的闭环系统。材料兼具磁性分离优势与缓释肥效，为水体富营养化防治和磷资源循环提供了绿色解决方案。

　　

^材料表征

通过扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和比表面积测试(BET)对制备的样品进行形貌分析。SEM图像显示CEP表面具有天然多孔结构，存在不规则的层状纹理和微米级孔隙（图2a）。表面相对光滑，并观察到蛋壳特有的局部"脑回-沟壑状"褶皱结构，该结构为后续改性提供了基础载体。经过铁改性后，F-CEP表面粗糙度显著增加，出现了明显的纳米级Fe₃O₄颗粒附着（图2b）。而LF-CEP样品（图2c）表面则呈现出更丰富的片状和球状复合结构，La元素成功负载并均匀分布在材料表面。EDS图谱（图2d-f）进一步证实了Fe、La元素在F-CEP和LF-CEP中的成功引入。BET测试结果表明，LF-CEP的比表面积达到45.632 m2/g，显著高于CEP（8.764 m2/g）和F-CEP（28.415 m2/g），这为磷酸盐吸附提供了更多的活性位点。

^结论

本研究以CEP为基质，通过两步改性共沉淀技术成功制备了镧改性磁性蛋壳粉。该材料能够在pH 3-8范围内保持稳定的磷酸盐吸附性能，对共存离子和腐殖酸表现出强抗干扰能力，其综合性能优于F-CEP。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明，La3?/Fe3?与磷酸盐之间的内层络合是主要吸附机制。LF-CEP经过5次脱附循环后仍能保持70%以上的吸附容量，磁性回收特性使其在实际应用中具备显著优势。毒性特征浸出程序(TCLP)测试证实浸出的重金属浓度远低于标准限值。更重要的是，吸附磷酸盐后的LF-CEP可作为缓释磷肥使用，能显著促进绿豆植株的生长。这些结果表明LF-CEP是一种经济环保的吸附剂，有助于建立"废弃物利用-污水除磷-磷肥回收"的闭环系统。

^{研究局限性}

本研究在设计上存在三方面局限性：首先，LF-CEP的工艺成本需要进一步优化，后续研究需改进相关技术参数和成本控制方案；其次，对土壤生态系统相关性的分析不足，缺乏土壤中重金属形态的测定，也未检测土壤理化性质和酶活性，无法全面验证"土壤-材料-植物"相互作用机制；第三，长期环境风险评估尚未开展，需要进一步考察材料在土壤中的长期稳定性和对土壤微生物群落的影响。