2025年2月24日环境

FAU的工程研究人员发现了一种对抗有害藻华的新工具。

作者吉赛尔·加卢斯蒂安Gisele Galoustian

随着有害藻华继续在全球蔓延，迫切需要开展研究来应对这一日益严重的威胁。在意大利、中国和大西洋盆地的研究表明，许多水体具有高氮磷比，这使得磷成为驱动这些水华的关键因素。这突出了对更有效的磷管理策略的迫切需要，以抑制有害赤潮的增加并保护我们的生态系统。

最近，人们越来越有兴趣寻找有用的方法来重新利用令人烦恼的藻类生物质，这些生物质可以转化为生物塑料、生物肥料和生物燃料等有价值的产品。研究人员已经探索了利用藻类生物质来制造材料，这些材料可以帮助清理重金属、稀土金属、染料等物质，甚至可以从空气中捕获CO₂和有害的挥发性有机化合物。然而，很少有研究调查藻类生物质，尤其是蓝细菌，如何被用来制造从水中去除磷酸盐的材料。

现在，来自工程和计算机科学学院在佛罗里达大西洋大学通过将蓝细菌生物质(通常是有害废物)转化为定制的吸附材料，可以将有害的磷从水中分离出来，填补了这一空白。

Ad吸附剂材料是可以吸引和保持分子或颗粒(如气体、液体或溶解的固体)在其表面的物质。不像b将物质吸收到其结构中的吸附剂材料d吸附剂在外表面捕获分子，形成一薄层。

为了将藻类生物质转化为化学改性的活性炭吸附材料以去除磷酸盐，研究人员从佛罗里达州的Okeechobee湖收集了蓝藻生物质，并在活化前使用快速节能的微波加热进行处理。为了改善水中磷酸盐的去除，研究人员测试了用氯化镧或氯化锌改性的吸附材料。镧是一种相对丰富的金属，属于稀土元素族。

这两种化合物可用于各种领域，包括环境净化、工业加工和化学制造。先前的研究没有发现任何与使用镧除磷相关的人类健康风险。

发表在《藻类研究》杂志上的研究结果显示，用氯化镧处理的材料去除了99%以上的磷，即使磷的初始浓度高达每升水20毫克。最好的材料可以在三分钟内合成，并且在少量材料(0.2克/升污染水)和仅30分钟接触时间的情况下成功实现90%的磷去除效率。这种材料在存在天然有机物的情况下也能很好地选择性除磷。

这项研究表明，镧改性的藻类吸附剂可以通过去除水中的磷来减少有害藻华。这种有效性来自一种化合物LaPO4的形成。LaPO4.H2O(也称为横纹肌溶解磷)，它可以永久地吸收磷。

“我们的发现表明，如果大规模使用，镧改性的藻基材料可能是去除磷和防止有害藻华的有效解决方案，”说马苏德·贾汉达·拉沙基博士，高级作者，助理教授，FAU大学研究生项目主任/协调员土木、环境和地理信息工程系.

“通过使用容易获得的废物材料，如藻类生物质，结合镧(一种以其强大的磷结合能力而闻名的元素)，我们开发了一种吸附剂，可以有效地靶向并去除水中多余的磷。磷是有害藻华发生的主要原因，这会导致有毒的水环境、水生生物的损失以及对渔业和旅游业等行业的重大经济影响。”

这项研究的结果表明，这种创新的方法有望解决水质管理中最紧迫的挑战之一。随着进一步的完善和可扩展性，这项技术可能成为管理营养污染和保护全球水生生态系统的重要工具。

“我们团队的研究强调了这些材料在很宽的浓度范围内去除磷的高效性。这种方法可以为减轻富营养化的影响提供一种环境友好和经济有效的解决方案。富营养化是指过量的营养物质，特别是磷，助长了湖泊、河流和沿海地区有害藻类的生长斯特拉·巴塔拉马博士，FAU工程与计算机科学学院院长。

“通过在容易发生有害藻华的地区应用镧改性的藻基材料，社区可以显著减少这些藻华的发生，改善水质，保护生态系统，并确保人类和野生动物的安全用水。”