针对湖泊富营养化治理中磷超标的核心瓶颈，以及现有镧改性膨润土在低浓度磷酸盐（≤0.5 mg·L^-1）、多阴离子共存等复杂水体条件下，因静电排斥效应和镧分布异质性导致的界面传质受限及吸附选择性不足的关键问题。上海交通大学云南（大理）研究院与上海交通大学环境科学与工程学院的王欣泽团队，近期在国际权威期刊《Water Research》发表题为”Efficient and Selective Phosphate Removal via Scalable Alkanolamine-Modified La-Clay: Insights into Protonation Gradients at the Inner Helmholtz Plane” (DOI: 10.1016/j.watres.2025.124762) 的研究论文，为设计和应用新型黏土基吸附钝化材料以应对水体富营养化提供了治理范式，解决了吸附剂高效性与选择性难以协同优化的关键挑战。同时，开发了一种基于原位拉曼光谱与玻尔兹曼方程的新型表征方法，实现了吸附剂表面质子化过程的定量解析。

图文摘要

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针对现有镧改性膨润土因镧分布异质性与静电排斥作用导致的磷酸盐界面传质受限及吸附选择性不足问题（尤其在低磷酸盐浓度（≤0.5 mg·L^-1）及多阴离子共存条件下），本研究成功合成氨基功能化黏土材料NH₂-La-Ben(Et)，实现了磷酸盐的高效选择性吸附。该材料以乙醇预处理的膨润土为载体，通过接枝有机硅烷胺（APTES）并负载镧，实现磷酸盐吸附容量58.8 mg P·g^-1与优异的分离常数（α）。在深度除磷过程中，质子化氨基通过与水分子的氢键作用在内亥姆霍兹平面（IHP）建立局部质子梯度（ΔpH=0.47），显著提升了静电势（Ψ=27.80 mV）、磷酸盐扩散系数（4.37×10^-7 cm²·s^-1）并缩短了PO₄^3-积累距离（2.85 vs. 3.68 nm），最终实现了磷酸盐高效传质（动力学常数0.82 min^-1）。NH₂-La-Ben(Et)通过增强的镧负载和降低的腐殖质增强了内球络合占比（62.5%，BB-H1/BM-H1构型）及抑制LaPO₄沉淀（37.5%），赋予了材料对竞争阴离子的高选择性。吸附柱实验（突破8000 BV）与技术经济分析（磷回收效益（65.76 USD/kg P）进一步验证了其工程应用潜力。本研究为设计和应用新型黏土基吸附钝化材料以治理水体富营养化提供了创新设计范式，解决了吸附剂高效性与选择性难以协同优化的关键挑战。同时，开发了一种基于原位拉曼光谱与静电势定量计算的新型表征方法，实现了吸附剂表面质子化过程的精准解析。