如今,我国水体富营养化问题已愈发严重,对富营养化水体的治理迫在眉睫。在造成水体富营养化的原因之中,磷浓度的过高是一个主要因素,水体中磷的来源主要分为外源输入和内源释放。在我国对磷的外源排放已进行严格监管的今天,直接去除地表水体上覆水中磷和抑制底泥内源磷的释放是十分重要的。吸附法是减少上覆水中磷酸盐并控制底泥内源磷释放的的一个非常有效的方法。该方法的工作原理是:将吸附剂材料投加到地表水体的上覆水中,吸附剂材料在下沉的过程中直接去除上覆水中的磷,下沉到底泥上方后会继续吸附从底泥中释放出来的磷,达到控制底泥磷释放的目的。如何才能找到合适的、高效的吸附剂材料是吸附法成功运用于实际的关键因素。近年来,水合氧化锆被运用于除磷吸附剂的制备之中,相对于其他氧化物,它具有无毒、性质稳定、溶解度低、与水中的磷酸盐有很强的结合能力等特点。但是,如果将单纯的水合氧化锆用作除磷吸附剂的话,预计成本太高。因而选择来源广泛、价格低廉且对环境无危害的多孔性黏土矿物,如膨润土,来负载水合氧化锆,制备得到含锆吸附剂。这会在不影响材料的吸附性能的情况下降低材料的制备成本,从而增加材料运用于实际水体的可行性。阐明锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附特征与机制,将有助于实际应用锆改性膨润土去除上覆水中磷和控制底泥内源磷释放。为此,本研究采用膨润土作为水合氧化锆的黏土载体,制备得到锆改性膨润土,接着对锆改性膨润土进行进一步的改性研究,以探究锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附效果及吸附机制,从而为锆改性膨润土应用到实际水体中提供理论依据和技术支持。通过实验对比考察不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用。结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受到膜扩散和颗粒内扩散所控制。锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合。实验条件下,磷酸盐吸附性能随初始pH增加而降低。溶液共存的Na⁺、K⁺和Ca²⁺促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca²⁺的促进作用远远大于Na⁺和K⁺,而溶液共存的HCO₃^-和SO₄^2-一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附。锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物。锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO₂对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低。当ZrO₂负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量（以P计）显著地由3.83 mg·g^-1增加到9.03 mg·g^-1,而继续增加ZrO₂负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66mg·g^-1（以P计）。当ZrO₂负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO₂的磷酸盐最大吸附量（以P/ZrO₂计）由106 mg·g^-1逐渐下降到49.2mg·g^-1。综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO₂负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐。接着制备了锆改性原始膨润土、锆改性钠预处理膨润土和锆改性钙预处理膨润土以研究Na⁺和Ca²⁺离子在制备材料过程中的影响。首先对材料进行制备和表征,并对材料吸附水中磷酸盐的吸附性能和机制进行对比研究。用Na⁺对膨润土进行预处理后,ZrBT中可交换的Na+增加而可交换的Ca²⁺含量降低。但是,用Ca²⁺对膨润土进行预处理后,ZrBT中可交换的Ca²⁺增加而可交换的Na⁺含量降低。钠预处理会降低ZrBT的比表面积,而钙预处理则对材料的比表面积的影响变化不大。钠预处理会降低ZrBT的磷酸盐吸附能力,而钙预处理则对材料的的磷酸盐吸附能力有增强效果。通过Langmuir等温模型计算了锆改性钙预处理膨润土的最大吸附容量为13.4mg P/g,远大于锆改性原始膨润土的吸附量（9.06 mg P/g）。Na⁺和Ca²⁺对膨润土的预处理并不会改变ZrBT与磷酸盐的相互作用类型,即ZrBT吸附水中磷酸盐的机制主要是磷酸根与材料中的锆之间的配位体交换作用,并形成内层络合物。Na⁺预处理膨润土对磷酸盐的吸附能力下降的主要原因是其比表面积和可交换的Ca²⁺的量的减小;与此相反的是,Ca²⁺预处理膨润土对磷酸盐的吸附能力的增加主要是由于其可交换的Ca²⁺的量的增加所致的。结果表明,锆改性的钙预处理膨润土相比于锆改性原始膨润土和锆改性钠预处理膨润土更适合作为水中磷酸盐的吸附剂。继而,对锆改性钙预处理膨润土进行不同锆负载量的对比研究,结果发现,不同锆负载量的锆改性钙预处理膨润土的吸附平衡可以采用Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附模型进行很好的拟合。锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程可以用准二级吸附动力学模型进行模拟,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受到膜扩散和颗粒内扩散所控制。锆改性的钙预处理膨润土的吸附效果随溶液的初始pH的增大而减小,酸性溶液更有利于锆改性的钙预处理膨润土对磷酸盐的吸附。溶液中Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的存在均有利于锆改性的钙预处理膨润土吸附水中磷酸盐,并且Ca²⁺和Mg²⁺的促进作用远远大于Na⁺和K⁺。相反地,溶液共存的HCO₃^-和SO₄^2-会对锆改性钙预处理膨润土吸附磷酸盐产生一定的抑制影响。锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物。最后,本研究制备了磁性锆改性Ca（Ⅱ）预处理膨润土,并将其与磁性锆改性膨润土进行对比,以研究其对水中磷酸盐的吸附特征与机制。结果表明,CaCl₂的预处理能够大大加强磁性锆改性膨润土对溶液中的磷酸盐的吸附能力。磁性锆改性膨润土与溶液中的磷酸盐的吸附过程属于化学吸附,而磁性锆改性膨润土与溶液中的磷酸盐的吸附机制主要是配位体交换。溶液初始pH值对磁性材料吸附溶液中的磷酸盐具有非常明显的影响。当溶液的初始pH增加时,磁性材料对溶液中的磷酸盐的吸附效果明显下降。综上所述,锆改性膨润土是一种高效的去除水中磷酸盐的吸附剂,将其应用于地表水体上覆水中磷的去除并控制底泥内源磷释放,预计具有较好的应用前景。今后急需加强对实际地表水体的应用研究。