高浊问题普遍存在于我国各类水体中，如浅水湖泊、城市河流及景观水体等，亦是水体总磷超标、水体透明度下降的主要因素，且对水生态系统健康造成一定影响（如影响水生植物生长）。因此，提升水体透明度对于水环境保护具有重要作用，也是开展水生态修复的重要前提。

    传统化学絮凝沉降法，主要是通过投加絮凝材料将水体颗粒物（或藻颗粒）沉降于水底，但絮体沉降至沉积物-水界面后，易诱发厌氧环境，进而促进内源磷的释放，且可能在风浪扰动下再次悬浮至水面。为解决传统气浮技术能耗高、运行成本大及微气泡稳定性差等局限性以及实现絮凝物“永久”脱除水体的目的。中国科学院南京地理与湖泊研究所尹洪斌研究员团队开发了一种新型自气浮絮凝材料（APPCS）。该材料通过将凹凸棒土（AP）、聚合氯化铝（PAC）、阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）和过碳酸钠（SPC）进行复合集成，系统研究了其除磷控浊性能、絮体气浮效率及作用机制，并结合室内模拟实验评估了其在抗风浪扰动下的长期控制效果。

    一、自气浮絮凝材料的除浊控磷性能

    研究表明，该材料实现了97%的浊度去除率，其对磷的吸附能力提升了3.6倍，最大吸附量达到12.63 mg/g（图1）。高效的除浊控磷性能主要归因于无机-有机复合絮凝剂的协同作用机制：PAC水解产生的多羟基络合物提供强效的电中和能力，CPAM通过吸附架桥作用将不稳定的微絮体连接成更大、更密实的聚集体，而AP则利用其独特的通道结构对磷进行吸附。

图1. 材料的除浊控磷性能

     二、自气浮絮凝材料的气浮机制与抗风浪扰动的性能

    传统气浮工艺主要依赖外部气泡吸附于絮体界面，易发生脱附。而APPCS表现出极高的气浮稳定性，絮体气浮效率超过90%，且能在较长时间内维持稳定。基于密度泛函理论（DFT）计算揭示了其微观机制：交联的Al–CO₃配位结构中的羟基为O₂提供了稳定的吸附位点（图2）。同时，CPAM通过–NH₃基团连接多个微絮体单元，形成较大的云状絮体，使预先吸附的微气泡深藏于絮体结构内部（图3），有效防止了水力剪切或絮体碰撞导致的气泡脱落，保障了气浮过程的持续稳定。

    在48天的风浪扰动实验中，APPCS表现出了极强的抗扰动和快速恢复能力。水体中的悬浮物和总磷浓度分别降低了68.6%和68.5%（图4）。即使在强风扰动下引发水体中悬浮物和磷浓度升高，系统也能在短时间内迅速回落并恢复至扰动前的稳态。此外，材料的添加使水体溶解氧浓度增加34%，从而有效阻断了沉积物厌氧释放磷的路径。

    相关研究成果近期发表于Water Research X期刊上，并获得专利“去除水体颗粒态磷及浊度的絮凝自气浮材料及其制备方法”（CN 2026100295123）。

图2. 微气泡释放过程的微观观察及密度泛函理论（DFT）计算模型

图3. APPCS除浊控磷及絮体自气浮的协同作用机制示意图

图4. 风浪扰动下APPCS对水体磷及悬浮物的控制效果

文章信息：Li, F., Lv, Y., Yin, H.*, Chang, R., Gao, T., Kong, M. (2026). Development of a self-floating flocculant material using composite modified attapulgite for efficient phosphorus and turbidity control. Water Research X, 31, 100531.