研究人员开发纳米薄膜清除水中磷酸盐污染

　　河流、湖泊和其他水道的磷酸盐污染已经达到了危险的程度，导致藻类大量繁殖，使鱼类和水生植物缺氧。同时，全世界的农民正在接受磷酸盐肥料储备不断减少的事实，这些肥料施用于世界上一半的食物类作物。

　　受芝加哥附近许多水体的启发，西北大学领导的一个团队已经开发出一种方法，从被污染的水域中反复清除和重新使用磷酸盐。研究人员将这一发展比作污染修复的”瑞士军刀”，因为他们研发了一种膜来吸收并随后释放污染物。这项研究将于2021年5月31日发表在《美国国家科学院院刊》上。

　　磷是世界粮食系统和地球上所有生命的基础。地球上的每一个生物体都需要它：磷存在于细胞膜、DNA的支架和我们的骨骼中。虽然其他关键元素如氧气和氮气可以在大气中找到，但磷却没有类似的元素。小部分可用的磷来自于地壳，需要几千年甚至几百万年才能风化掉。而磷矿场正在开采殆尽。

　　鉴于这种不可再生自然资源的短缺，令人悲哀的是，我们的许多湖泊正在遭受一种被称为富营养化的过程，当太多的营养物质进入一个自然水源时，就会发生富营养化。随着磷酸盐和其他矿物质的积累，水生植物和藻类变得过于密集，耗尽水中的氧气，并最终杀死水生生物。

　　人类过去更多的是重复使用磷酸盐，现在我们只是把它从地下拉出来，使用一次，用完后就把它冲进水源里。所以，这是一个污染问题，一个可持续发展问题，也是一个循环经济问题。传统上，生态学家和工程师已经制定了策略，通过消除水源中的磷酸盐来解决日益严重的环境和公共健康问题。直到最近，重点才从消除磷酸盐转移到回收磷酸盐。

　　现在美国西北大学研究团队开发了磷酸盐消除和恢复轻量级（PEARL）膜，它是一种多孔的柔性基质，可以选择性地从污染的水中分离出高达99%的磷酸盐离子。PEARL膜上涂有与磷酸盐结合的纳米结构，可以通过控制pH值来调整，以吸收或释放营养物质，从而实现磷酸盐回收和膜的多次循环使用。

　　目前去除磷酸盐的方法是基于复杂、冗长、多步骤的方法。它们中的大多数在去除过程中也不回收磷酸盐，最终产生大量的物理废物。PEARL膜提供了一个简单的一步法来去除磷酸盐，同时有效地回收磷酸盐。它还可以重复使用，不产生任何物理废物。