原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2026.05.002

1. 文章导读

农业废水中普遍存在农药残留与氮、磷等富营养化元素，对生态环境和人类健康构成严重威胁，迫切需要一种能同步去除农药和氮磷的水处理技术。混凝法技术成熟、操作简单，已被广泛应用于水处理行业。虽然传统的无机混凝剂对悬浮颗粒物和胶体颗粒的去除效果良好，但对溶解性有机物（DOM）和小分子无机盐的去除能力有限。有机高分子混凝剂虽然能去除水中的疏水性有机物，但是存在生物降解性差、易造成二次污染等问题。因此，开发一种能高效去除水中的疏水性农药和富营养化元素的双功能混凝剂具有重要的科学意义与应用价值。

针对上述问题，山西大学杜志平/李恩泽教授课题组开发了一种有机-无机杂化混凝剂PTyTS，其可在水中自组装形成核壳结构聚集体。PTyTS溶液中的疏水核可以通过疏水增溶作用有效去除农药分子，而带正电的季铵基团和亲水壳上的钛离子可以通过静电相互作用有效去除PO₄^3-和NO₃^-等小分子无机物。这种“增溶-吸附”双功能协同作用机制为农业废水的高效处理提供了新思路。文章发表在Green Chemical Engineering（GreenChE），题为“Synergy of core-shell coagulant aggregates for efficient removal of pesticides and eutrophic elements from wastewater”。

2.研究亮点

● 制备了一种有机-无机杂化混凝剂PTyTS，可自组装形成“疏水核-亲水壳”核壳结构聚集体。

● PTyTS能够高效去除农业废水中的疏水性农药与氮、磷富营养化元素。

● PTyTS主要通过其疏水内核增溶农药分子、亲水外壳静电吸附氮、磷元素，从而实现农药与富营养化元素的协同去除。

3.内容概述

本研究以三甲基[3-(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵为有机组分，硫酸钛为无机组分，成功制备了有机-无机杂化混凝剂PTyTS（图1）。

图1. PTyTS的制备和聚集体的形成示意图。

FTIR、XPS和固态NMR表征结果表明PTyTS中的有机组分和无机组分主要通过Si-O-Ti共价键结合（图2）；表面张力测定结果显示PTyTS的临界聚集浓度（CAC）为0.2 mmol/L，证明PTyTS可在水中发生自组装。DLS和TEM表征能够观察到平均直径约500 nm的球形聚集体，进一步证实了PTyTS“疏水核-亲水壳”结构的存在（图3）。

图2. PTyTS的表征：（a）PTyTS和PTS的FTIR图。（b）PTyTS的O 1s XPS图。（c）PTyTS的¹³C和（d）²⁹Si 固体NMR图。

图3. PTyTS溶液的性质:（a）25 ℃时PTyTS溶液的表面张力随浓度的变化图。（b）PTyTS的DLS图。（c）PTyTS的TEM图。

PTyTS对模拟农业废水中甲氨基阿维菌素苯甲酸盐（EB）、TP和NO₃^--N的去除率分别能达到58.1%、92.3%和23.1%，远优于传统的聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸钛（PTS）混凝剂（图4a）。另外，PTyTS对实际农业废水中的各污染物的去除率也明显优于PAC和PTS（图4b），表明PTyTS在处理成分复杂的实际废水时仍具有良好的混凝效果。由于有机组分的引入，PTyTS具有较强的吸附桥接能力。相对于PAC和PTS，PTyTS形成的絮体结构更致密，尺寸更大，抗剪切能力和破碎再生能力更强（图4c-4f）。

图4. 混凝性能、絮体特性和沉降性能: （a）最佳投加量下，PAC、PTS和PTyTS对模拟废水中EB、TP、NO₃^--N 和 NH⁴⁺-N的去除率。（b）PAC、PTS和PTyTS对实际农业废水的混凝性能图。（c）PAC、PTS 和PTyTS混凝过程中絮体生长、破碎和再生长的特性。（d）PAC、PTS 和PTyTS的絮体的强度和恢复系数。（e）PAC、PTS 和PTyTS的絮体60 min内的体积变化图。（f）PAC、PTS和PTyTS混凝过程中的絮体质量随时间的变化图。

我们探究了环境因素对PTyTS混凝性能的影响（图5a-5e），PTyTS在浊度50-200 NTU、pH = 3-9范围的内能够保持良好的混凝性能。当水中的CO₃^2-过高时，会与PO₄^3-和NO₃^-竞争吸附位点，抑制TP和NO₃^--N的去除。天然有机物（腐殖酸）和共存农药（氯氰菊酯）的浓度过高时，也会导致EB的去除率降低。这些结果能够间接证明PTyTS主要通过带正电荷的外壳静电吸附去除TP和NO₃^--N，通过疏水核的增溶作用去除农药分子。

图5. 环境因素对 PTyTS 混凝性能的影响:（a）浊度，（b）pH 值，（c）共存阴离子，（d）天然有机物（腐殖酸）浓度，（e）共存农药（氯氰菊酯）浓度。（f）PAC、PTS 和 PTyTS混凝处理模拟废水后的絮体的FTIR谱图。

综合FTIR、EDS、Zeta电位等分析，PTyTS的混凝机制可概括为：PTyTS在水中能够自组装成具有疏水核和亲水壳的类胶束聚集体，带正电荷的季铵基团（-N⁺(CH₃)₃）和壳上的Ti⁴⁺通过静电相互作用去除NO^3-和PO₄^3-。PTyTS 形成的疏水微环境能够疏水增溶EB分子且不饱和配位的Ti⁴⁺能够与EB分子中的C-O-C和-COO-基团形成配位键，从而实现EB的高效去除。此外，疏水核上的硅烷偶联剂的长链结构能够通过Si-O-Ti键与亲水外壳上的钛盐的水解产物发生交联，从而形成Si-O-Ti共价键网络，进一步强化絮体的吸附架桥能力，实现农药与富营养化元素的协同去除和絮体的快速沉降。

图6. PTyTS混凝过程的机理示意图。

4.总结与展望

本研究开发了一种具有核壳自组装结构的有机-无机杂化混凝剂PTyTS，实现了对农业废水中农药和富营养元素的高效协同去除。其“疏水核-亲水壳”结构使混凝剂具有疏水增溶和静电吸附双功能，弥补了传统混凝剂对溶解性污染物去除能力差的短板。该研究为絮凝剂的结构设计和水中的有机、无机污染物的协同去除提供了一定的理论指导。

5.作者简介

杜志平，山西大学资源与环境工程研究所二级教授、博士生导师，国务院政府特殊津贴专家。胶体与界面化学及其在工业废水污染控制与资源化利用方向资深专家。担任科技部国际合作项目评审专家和教育部学位与研究生教育等评审专家等，全国食品洗消杀标准化委员，中国化学会胶体与界面化学专委会委员、中国洗协表面活性剂专委委员、中国化工学会工业水处理专业委员会委员，《化工高等教育》副主编，《日用化学工业》、《日用化学品科学》、《中国洗涤用品工业》等编委。先后主持包括国家自然科学基金重点项目在内的几十项国家、省和企业的研究项目。在国内外主要学术刊物和会议上发表论文250余篇（SCI收录200多篇），申报中国发明专利多项，以第一发明人获授权12项。多次应邀参加国际胶体与界面化学、日用化学工业和表面活性剂会议，并作大会报告和会议主持。

李恩泽，山西大学资源与环境工程研究所教授、博士生导师，南京大学环境学院访问学者，主要从事盐湖卤水有价元素可控提取和界面分离工程方面的研究工作。主持国家自然科学基金重大研究计划培育项目（关键金属冶金）1项、面上项目1项，青年科学基金1项，省级项目5项，作为研究骨干参与国家自然科学基金联合基金1项，面上项目1项，与青海锦泰锂业有限公司合作承担青海省重点研发计划项目1项。以第一（共同）或通讯作者在Nature Communications等国内外主流期刊发表论文32篇，累计引用接近1500次。申请专利15项，授权6项。受邀在全球华人化工学者研讨会青年学者论坛、全国盐湖提锂与锂资源综合利用高层论坛等国内外高水平会议进行报告近20次，入选2019年中国青年化学家元素周期表代言人（山西省仅2人），担任《无机盐工业》青年编委、《Minerals》期刊“Extraction of Valuable Elements from Salt Lake Brine”专题客座主编、山西省化工学会理事。

黄芳芳，山西大学资源与环境工程研究所博士，2021年毕业于山西师范大学获理学学士学位，2024年毕业于山西师范大学获理学硕士学位，2024年进入山西大学资源与环境工程研究所攻读博士学位，围绕絮凝剂的开发和含乳液废水的处理开展研究工作。在山西师范大学期间成功申请了一项山西省研究生科研实践创新项目。以第一作者发表SCI文章三篇，包括Rare Metals、Molecular Catalysis和Catalysis Science & Technology。

文章信息

F. Huang, Z. Gong, J. Shen, H. Sun, Y. wang, E. Li, Z. Du, Synergy of coreshell coagulant aggregates for efficient removal of pesticides and eutrophic elements from wastewater, Green Chem. Eng., https://doi.org/10.1016/j.gce.2026.05.002 (2026).

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部

【期刊简介】

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子11.9，位列Q1区，最新CiteScore为18.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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