Excessive amount of phosphate entering water bodies may cause eutrophication and have detrimental effects on ecosystems. Clay-based materials have been drawing attractive attention in mitigating phosphate release to aquatic environment. In this study, we prepared a series of zirconium (Zr)-modified clays to investigate the effect of clay structure and expansion property on phosphate adsorption. Kaolinite, montmorillonite, and vermiculite were selected as three representative natural clays for Zr modification, and the resulting Zr-modified clays were characterized using various techniques that included powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and zeta potential measurement. Different Zr-modified clays exhibited substantially different phosphate adsorption behaviors, which may be related to the distinct structural and expansion properties of each clay substrate. Particularly, Zr-modified montmorillonite had fastest phosphate adsorption kinetics and highest phosphate adsorption capacity among all Zr-modified clays, which may be attributed to the good expansion property of montmorillonite that favored the uniform intercalation of Zr species, making the adsorption sites easily accessible by phosphate. Furthermore, all Zr-modified clays showed robust performance for phosphate adsorption under various water chemistry conditions. Combined aqueous sorption and solid characterization analyses suggested that formation of inner-sphere surface complexes may be the primary mechanism for phosphate adsorption by Zr-modified clays.

过多的磷酸盐进入水体可能会导致富营养化并对生态系统产生不利影响。粘土基材料在减轻磷酸盐向水生环境的释放方面已引起人们的广泛关注。在这项研究中，我们制备了一系列锆（Zr）改性粘土，以研究粘土结构和膨胀性能对磷酸盐吸附的影响。选择高岭石，蒙脱石和ver石作为三种代表性的Zr改性天然粘土，然后使用包括粉末X射线衍射，扫描电子显微镜和zeta电势测量在内的各种技术对所得的Zr改性粘土进行表征。不同的Zr改性粘土表现出明显不同的磷酸盐吸附行为，这可能与每种粘土基质的独特结构和膨胀特性有关。特别是，Zr改性的蒙脱土在所有Zr改性的粘土中具有最快的磷酸盐吸附动力学和最高的磷酸盐吸附能力，这可能归因于蒙脱土的良好膨胀性能，有利于Zr物种的均匀插层，使吸附位置易于通过磷酸盐。此外，所有Zr改性粘土在各种水化学条件下均表现出强大的磷酸盐吸附性能。结合水吸附和固体表征分析表明，内球表面复合物的形成可能是Zr改性粘土吸附磷酸盐的主要机理。Zr改性的蒙脱石在所有Zr改性的粘土中具有最快的磷酸盐吸附动力学和最高的磷酸盐吸附能力，这可能归因于蒙脱石的良好膨胀性能，有利于Zr物种的均匀插层，使磷酸盐易于吸附位置。此外，所有Zr改性粘土在各种水化学条件下均显示出强大的磷酸盐吸附性能。结合水吸附和固体表征分析表明，内球表面复合物的形成可能是Zr改性粘土吸附磷酸盐的主要机理。Zr改性的蒙脱石在所有Zr改性的粘土中具有最快的磷酸盐吸附动力学和最高的磷酸盐吸附能力，这可能归因于蒙脱石的良好膨胀特性，有利于Zr物种的均匀插层，使磷酸盐易于吸附位置。此外，所有Zr改性粘土在各种水化学条件下均显示出强大的磷酸盐吸附性能。结合水吸附和固体表征分析表明，内球表面复合物的形成可能是Zr改性粘土吸附磷酸盐的主要机理。这可能归因于蒙脱石的良好膨胀性能，有利于Zr物种的均匀插层，使磷酸盐易于吸附。此外，所有Zr改性粘土在各种水化学条件下均显示出强大的磷酸盐吸附性能。结合水吸附和固体表征分析表明，内球表面复合物的形成可能是Zr改性粘土吸附磷酸盐的主要机理。这可能归因于蒙脱石的良好膨胀性能，有利于Zr物种的均匀插层，使磷酸盐易于吸附。此外，所有Zr改性粘土在各种水化学条件下均显示出强大的磷酸盐吸附性能。结合水吸附和固体表征分析表明，内球表面复合物的形成可能是Zr改性粘土吸附磷酸盐的主要机理。