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河流、湖泊和其他水道的磷酸鹽污染已經(jīng)達到了危險的程度，導(dǎo)致藻類大量繁殖，使魚類和水生植物缺氧。同時，全世界的農(nóng)民正在接受磷酸鹽肥料儲備不斷減少的事實，這些肥料施用于世界上一半的食物類作物。
受芝加哥附近許多水體的啟發(fā)，西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊已經(jīng)開發(fā)出一種方法，從被污染的水域中反復(fù)清除和重新使用磷酸鹽。研究人員將這一發(fā)展比作污染修復(fù)的"瑞士軍刀"，因為他們研發(fā)了一種膜來吸收并隨后釋放污染物。這項研究將于2021年5月31日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
磷是世界糧食系統(tǒng)和地球上所有生命的基礎(chǔ)。地球上的每一個生物體都需要它：磷存在于細胞膜、DNA的支架和我們的骨骼中。雖然其他關(guān)鍵元素如氧氣和氮氣可以在大氣中找到，但磷卻沒有類似的元素。小部分可用的磷來自于地殼，需要幾千年甚至幾百萬年才能風(fēng)化掉。而磷礦場正在開采殆盡。
鑒于這種不可再生自然資源的短缺，令人悲哀的是，我們的許多湖泊正在遭受一種被稱為富營養(yǎng)化的過程，當(dāng)太多的營養(yǎng)物質(zhì)進入一個自然水源時，就會發(fā)生富營養(yǎng)化。隨著磷酸鹽和其他礦物質(zhì)的積累，水生植物和藻類變得過于密集，耗盡水中的氧氣，并最終殺死水生生物。
人類過去更多的是重復(fù)使用磷酸鹽，現(xiàn)在我們只是把它從地下拉出來，使用一次，用完后就把它沖進水源里。所以，這是一個污染問題，一個可持續(xù)發(fā)展問題，也是一個循環(huán)經(jīng)濟問題。傳統(tǒng)上，生態(tài)學(xué)家和工程師已經(jīng)制定了策略，通過消除水源中的磷酸鹽來解決日益嚴重的環(huán)境和公共健康問題。直到最近，重點才從消除磷酸鹽轉(zhuǎn)移到回收磷酸鹽。
現(xiàn)在美國西北大學(xué)研究團隊開發(fā)了磷酸鹽消除和恢復(fù)輕量級（PEARL）膜，它是一種多孔的柔性基質(zhì)，可以選擇性地從污染的水中分離出高達99%的磷酸鹽離子。PEARL膜上涂有與磷酸鹽結(jié)合的納米結(jié)構(gòu)，可以通過控制pH值來調(diào)整，以吸收或釋放營養(yǎng)物質(zhì)，從而實現(xiàn)磷酸鹽回收和膜的多次循環(huán)使用。
目前去除磷酸鹽的方法是基于復(fù)雜、冗長、多步驟的方法。它們中的大多數(shù)在去除過程中也不回收磷酸鹽，最終產(chǎn)生大量的物理廢物。PEARL膜提供了一個簡單的一步法來去除磷酸鹽，同時有效地回收磷酸鹽。它還可以重復(fù)使用，不產(chǎn)生任何物理廢物。
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