富营养化水体中生物可直接利用磷的原位分子印迹识别研究

磷是水生生态系统初级生产力的主要限制因子，准确测定生物可直接利用的磷形态-游离态正磷酸盐（DBAP）的含量，确定其时空分布规律对于深入理解水体富营养化的发生机制具有重要意义。基于传统采样方式并采用磷钼蓝法测出的溶解性反应磷来源组成复杂，无法针对DBAP这一特定磷形态进行选择测定，据此提出将具有专属识别性能的分子印迹技术与对污染物生物有效态具有原位富集功能的被动采样技术-薄膜扩散梯度技术（DGT）进行集成，以溶胶-凝胶法制备的DBAP分子印迹材料为结合相的DGT技术为主要手段，实验室模拟与野外原位观测相结合，研究富营养化水体多组分体系中新结合相对DBAP的吸附特征和选择识别性能，实现测定前对水体中DBAP的原位高分辨识别，初步得出我国典型富营养水体中DBAP的含量变化规律。为发展高选择原位被动采样技术提供新的方法和理论基础，并为我国富营养化水体综合防治、水环境基准和标准的制定提供科学依据。

本项目针对富营养水体中营养物质如铁离子和生物可利用磷难以实现准确测定的难题，通过制备的选择性吸附材料，建立了富营养化水体中痕量铁离子和生物可利用磷的检测新方法，同时形成了一种富营养水体磷污染控制新方法。标志性成果发表在环境科学国际权威刊物EST上。主要成果如下：（1）利用溶胶-凝胶法制备了双模板Fe(III)印迹吸附材料，分析了影响其对Fe(III)选择分离、富集的主要因素；揭示了材料对水环境中游离态Fe(III)的选择吸附机制；建立了一种高选择性水体中痕量游离态Fe(III)测定新方法。（2）以硅藻土为载体，氧化镁为改性剂制备了环境友好型新型镁基磷吸附材料（MOD）；研究了磷在MOD上吸附行为及规律；分析了吸附过程的热力学和动力学特征；利用材料吸附磷前后波谱学的表征，揭示了静电吸附、表面络合和化学原位转化为主导的吸附机理；基于MOD可以高效的去除富营养湖泊水体中的TP和SRP，形成了一种富营养化湖泊磷污染控制和湖泊水体修复新技术。（3）利用氧化镁可以原位水化形成氢氧化镁可以捕捉痕量生物可利用磷的特性，以水化氧化镁为DGT新结合相，建立了一种可以实现环境水体中生物可利用磷进行了原位高分辨测量的新方法。探讨了初始浓度、吸附时间、温度、pH、离子强度对DGT吸附性能的影响。结果表明，以新结合相构建的DGT装置的生物可利用磷吸附能力是以水合氧化铁为结合相构建DGT装置的20-25倍。溶液pH值和离子强度对生物可利用磷的吸附基本无影响。实际水样测试结果表明构建的新DGT装置可以实现水体中生物可利用磷的原位高分辨识别与测定。