水体富营养化是多年以来环境污染治理难题。众所周知,水体富营养的诱导因素是水体中氮磷营养盐的超标。为了控制水体中氮磷营养盐含量,我国制定和严格执行各类污水排放标准,以控制源头磷排放。然而,水体富营养化污染态势并没有得到良好的扭转,反而更加严重。有研究表明,湖泊的内源污染是重要的磷污染源。磷营养盐不断从数量巨大的湖泊底泥释放,使得水体富营养化污染不断加剧。因此,控制底泥污染源逐渐进入研究视野:一是利用底泥疏浚工程永久性去除底泥,以降低磷释放量;二是使用锁磷剂,通过原位处理法将湖泊底泥中的磷盐吸附去除。但是目前这两种方法均有缺陷,底泥疏浚存在争议,反对者认为这种方式只能暂时缓解污染,却对水环境有长远影响;而锁磷剂目前的发展仍有缺陷,存在不易更换,效果不持久的问题。基于此,本实验研究拟设计并开发一种新的锁磷材料——磷酸盐离子格栅:以镧改性氧化石墨烯(La-GO)为主要的有效锁磷物质,以壳聚糖-聚乙烯醇为支撑骨架材料。将La-GO牢固的分布在骨架材料内,使用时将磷酸盐离子格栅覆盖在底泥表面,当底泥中的磷酸盐向上覆水释放时,将被磷酸盐离子格栅所捕获,并最终转换为无营养特性的磷。首先,本实验利用改良Hummers法,成功制备氧化石墨烯(GO),并通过镧-同步混凝改性手段,成功制备了比表面积大、有效点位较多的La-GO。La-GO的改性过程中,镧离子与GO表面的亲水官能团结合,一方面形成的有效的磷吸附位点;另一方面,降低了GO的亲水性,使得La-GO疏水,较易与液相分离。实验结果表明La-GO具有良好的磷去除能力,吸附过程与Langmuir吸附等温方程拟合良好,最大饱和吸附量为141.38mg/g。其吸附动力学过程与伪二级动力学模型拟合效果良好,最佳接触时间小于20分钟。吸附过程为吸热,高温有利于吸附反应的进行。反应过程受不同pH环境影响,其中,在中性和碱性条件下吸附效果较好,在酸性环境中吸附效果较差。La-GO对磷的吸附作用,表现为化学沉淀协同吸附作用,首先磷酸根离子在吸附位点攻击层片表面的镧,使得与镧结合较弱的键断裂,同时与镧结成较为稳定的化学键,并继续被片层表面的La-GO吸附。其次,本实验利用制备出的La-GO,结合壳聚糖与聚乙烯醇作为骨架材料开发出了磷酸盐离子格栅,并对其磷酸盐阻断性能做了实验评估性研究。结果表明本研究所制备的磷酸盐离子格栅的微观结构良好,La-GO作为锁磷剂牢固的分布在壳聚糖-聚乙烯醇支撑结构中。离子格栅孔结构良好,透水性较强。磷酸盐离子格栅与Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程的拟合效果良好;动力学与伪二级、Elovich和W-M动力学模型具有拟合性。磷酸盐离子格栅对于磷的的去除过程是一个多机理的化学吸附。此外,最佳接触时间大约为100分钟。其在极端酸碱性环境中,如pH=2和pH=12条件下,去除效果较差,在弱酸性、中性及弱碱性条件下去除性能较好,中性和弱碱性条件下去除性能优于弱酸性条件。最后,本研究在模拟富营养化水环境条件下,应用磷酸盐离子格栅对底泥磷控制做了实验研究。研究表明,磷酸盐离子格栅在实验中表现良好,上覆水中检测不到磷酸根离子,磷控制效果非常明显。因此,磷酸盐离子格栅具有一定的湖泊内源磷污染原位阻断的能力。该研究对相关研究提供了新的解决思路、材料及数据经验基础,具有较强的实际意义。