CREST | 南京大学潘丙才团队：水中磷的形态分析与特异性去除策略

导 读

南京大学潘丙才教授团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“水中磷的形态分析与特异性去除策略（Phosphorus in water: A review on the speciation analysis and species specific removal strategies; Published online: 02 May 2022）”的特邀综述。

磷（P）是生物化学过程中最重要的元素之一，水体中磷的过度富集是导致富营养化的关键因子，磷的有效管控对水生生态系统的健康演化至关重要。磷在水中的赋存形态多样，性质各异，目前相关研究对磷的关注主要集中于正磷酸盐，而对有机磷及其它形态磷的关注明显不足。这些磷物种一般赋存浓度较低，但在各类水体中广泛存在，形态认知和去除难度大，对水生生态系统和人体健康具有重要影响。发展水环境中不同磷形态的分析技术、进而制定基于形态的去除策略，是实现磷污染管控的重要基础，但目前仍十分缺乏关于不同形态磷物种的分析方法和去除策略的系统梳理与讨论。

本研究系统梳理了水中磷形态分析方法和去除策略方面的研究进展：（1）总结了水样的预处理方法及不同磷形态的分析方法，介绍了相关方法的原理、适用性、优缺点；（2）从基本原理、技术核心、去除效果等方面探讨了不同形态磷的去除策略；（3）探讨了相关分析方法和去除策略研究的具体挑战及今后的发展趋势。这一综述可为水中磷形态的分析检测及选择性去除策略发展提供有益参考。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

目前水环境中磷物种测定的典型分析方法有钼酸铵分光光度法、流动注射分析（FIA）、电感耦合等离子体（ICP）、离子色谱（IC）、气相/液相色谱（GC/LC）、³¹P核磁共振光谱（³¹P-NMR）等，这些分析方法对水中磷的检出限可低至µg/L~ng/L的水平。将两种或两种以上的方法组合使用是克服单一方法局限性并实现优势互补的有效策略。近年来新型纳米材料的发展推动了磷分析中预浓缩过程的优化，有效地提高了分析效率、便捷性、灵敏度和选择性，特别是对水环境中微量有机磷物种的分析。此外，非靶向分析方法的发展使水环境中更多未知的有机磷物种得以鉴定。

图2 水中磷形态的典型分析方法

关于水环境中磷物种的去除，无机磷酸盐特别是正磷酸盐的去除已经得到了广泛的研究，并建立了比较成熟的去除策略，如化学沉淀法、吸附分离法，而有机磷和其它无机磷（如次磷酸/亚磷酸）一般在水基质中的赋存浓度较低、去除效率不佳。针对这种情况，两步法是一种可行的深度除磷策略，即先将有机磷及其它无机磷转化为正磷酸盐，然后进行沉淀或吸附处理。各类氧化技术如紫外氧化、芬顿/类芬顿反应、电化学氧化等可将有机磷转化为正磷酸盐，水解和还原技术可用于转化有机磷酸酯。此外，生物处理也是十分重要的除磷方法，如传统的活性污泥法和强化生物除磷（EBPR）工艺可通过生物富集结合物化分离来实现磷的去除。

图3 水中不同形态磷的去除策略

实现磷的有效管控，还需开发具有更高选择性和效率的磷物种定向去除技术，如选择性吸附法和选择性氧化法。选择性除磷方法的开发应当充分考虑目标磷物种的特性，如官能团、亲疏水性、氧化还原特性等。此外，实际水处理场景中基质差异很大，可利用实际水体本身的特性来制定除磷策略，如考虑pH值、目标磷物种的络合能力以及共存的活性金属作为催化剂等。

总结与展望

这是一篇结合水中磷物种的形态分析方法与特异性去除策略的综述。对现有分析方法和去除策略的系统梳理能够使我们更好地了解目前水环境中磷物种的认知水平和控制现状，从而促进磷的有效管控和水生生态系统的健康发展。然而该领域的发展仍然面临一些挑战，我们为将来的研究提供一些建议，包括开发简单快速的磷现场监测技术、适用于复杂基质中痕量磷物种的高选择性和高灵敏分析技术；将非靶向分析鉴定出的新物种结构信息与后续的毒理学分析进行深度融合；开发具有更高选择性和处理效率的磷物种定向去除技术，并考虑目标磷物种本身的分子特性及实际场景中水基质的影响来制定除磷策略。

作者简介

第一作者简介：

贾玉倩，南京大学环境学院在读博士生，2018年于山东农业大学取得农学硕士学位，之后在南京大学潘丙才教授课题组攻读博士学位。目前的研究兴趣集中在持久性有机污染物的高灵敏分析与控制。

孙淑慧, 南京大学环境学院在读博士生，2017年于华东理工大学获得工学学士学位，之后在南京大学潘丙才教授课题组硕博连读。目前的研究兴趣集中在选择性高级氧化、有机膦酸的深度去除技术。

通讯作者简介：

潘丙才，教授，南京大学环境学院副院长，南京大学环境纳米技术研究中心主任，国家有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心副主任，“有毒污染物治理与资源化”教育部创新团队共同带头人。教育部长江学者奖励计划特聘教授（环境工程）、国家杰出青年科学基金获得者（环境化学）、国家高层次人才特殊支持计划（万人计划）科技创新领军人才。Chemical Engineering Journal副主编、Chemical Engineering Journal Advances 主编。主要研究领域为深度水处理与水回用、纳米水处理技术及原理、高级氧化/还原技术、水质分析与评价。

|撰稿：南京大学潘丙才教授团队

|编排：曾镜羽

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