水体富营养化将导致水生态功能下降、水质恶化，甚至危害人类健康。磷是引起水体富营养化的主要限制性因子之一，水体中磷来源广泛，实现工业污水中磷的减排是控制水体富营养化的重要措施。常用的工业污水除磷法包括沉淀法、吸附法、结晶法、电解法和生物法。吸附法具有可控制、适应强和易操作等优点被广泛应用。但是，现有的吸附剂存在价格贵、效率低和制作难等问题，亟需研发低成本、高效率和易生产的稳定材料。 根据水滑石的层状结构特点和层间离子可交换属性，东北地理所水环境污染防治团队通过控制金属阳离子的比例、pH和温度等反应条件，采用共沉淀法成功合成了纯净的铁基层状双氢氧化物（FeCa-LDH、FeMg-LDH）（图1），其通式为[M1-x2+Mx3+ (OH)2]x+ (An-)x/n·mH2O，M2+和M3+是二价和三价金属阳离子，其与OH-共同构成了阳性主体层；A是层间阴离子，常见的有Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-和NO3-。FeCa-LDH和FeMg-LDH呈六边形、八面体结构（图2），孔径介于6~18 nm之间，纯度达99%以上。模拟实验结果表明，污水中磷浓度为10 mg/L，LDH添加量为2.5 g/L条件下，相比生物炭、微生物和植物的对照处理，FeCa-LDH和FeMg-LDH对污水中磷的去除率提高了525% - 661%，处理时间缩短至1 min - 1 h （图3）。主要去除机制为静电吸附、配位反应和插层交换（图 4）。研究还发现，碱性条件下FeCa-LDH的除磷率可提高50%左右，但共存阴离子碳酸氢根对磷的去除率有轻微的抑制作用。FeCa-LDH材料的重复利用性良好，循环使用第5次时的磷去除率仍可达85%。该材料也具有良好的浓度波动抗冲击性能，污水中磷浓度为600 mg/L时，磷的去除率为62%，可应用于突发污染事故的应急处理中。
相关成果申请了发明专利3项，并发表在环境领域国际权威期刊《Science of the Total Environment》上，由硕士研究生冯伟东（第一作者）、崔虎特别研究助理（通讯作者）和祝惠研究员（通讯作者）共同完成。该研究得到中科院创新交叉团队项目、“一带一路”国际湿地研究联盟项目和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
论文信息及链接如下：Feng, W.D., Cui, H., Zhu, H., Shutes, B., Yan, B.X., Hou, S.N. 2023. Layered double hydroxides, an effective nanomaterial to remove phosphorus from wastewater: Performance, mechanism, factors and reusability. Science of the Total Environment, 884, 163757. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163757
崔虎, 祝惠, 冯伟东, 阎百兴. 一种铁镁层状双金属氢氧化物除磷剂的制备方法。受理号：202211521446.X
祝惠, 崔虎, 冯伟东, 阎百兴. 一种铁钙层状双金属氢氧化物除磷剂的制备方法。受理号：202211521220.X
崔虎, 祝惠, 冯伟东, 阎百兴. 一种铁钙层状双金属氢氧化物型人工湿地的构建方法。受理号：202310037268.1
图 1 铁基层状双氢氧化物的合成步骤
图 2 铁基层状双氢氧化物的结构（A-H：SEM；I-P：EDS；S：XRD）
图 3 铁基层状双氢氧化物的除磷效果
图 4 铁基层状双氢氧化物的除磷机制
