氫氧化鋯（Zr(OH)?）在過濾凈水系統中具有獨特的應用價值，主要依托其高比表面積、化學穩定性和吸附性能。以下是其核心應用及作用機制：
1. 重金屬離子吸附

應用場景：工業廢水處理（如電鍍、采礦廢水）。
飲用水中鉛、鎘、砷等重金屬污染的深度凈化。
作用機制：表面羥基基團：Zr (OH)?表面的 - OH 官能團通過離子交換或配位作用與重金屬離子（如 Pb2?、As3?）結合，形成穩定的絡合物。
高選擇性：對過渡金屬離子的吸附能力優于活性炭，尤其在中性至堿性條件下（pH 6-9）表現突出。
案例：某半導體工廠使用負載氫氧化鋯的纖維濾芯，將廢水中的銅離子濃度從 15 mg/L 降至 0.1 mg/L 以下。
2. 磷酸鹽去除

應用領域：市政污水除磷，防止水體富營養化。
水產養殖池水凈化。
作用原理：靜電吸引與沉淀：Zr??與 PO?3?結合生成難溶的磷酸鋯（Zr?(PO?)?），通過過濾去除。
pH 適應性：在弱酸性至中性環境（pH 5-8）下效率高，可替代傳統鋁鹽 / 鐵鹽絮凝劑，減少污泥產量。
優勢：吸附容量高達 120 mg P/g（比活性氧化鋁高 3 倍），且再生后性能穩定。
3. 放射性核素凈化

特殊應用：核電站放射性廢水處理（如??Sr、13?Cs）。
醫療放射性廢棄物處理。
作用機制：離子交換與共沉淀：Zr (OH)?通過羥基與放射性陽離子（如 Sr2?）結合，同時其層狀結構可物理捕獲放射性膠體顆粒。
案例：日本福島核廢水處理中，氫氧化鋯基吸附劑被用于選擇性去除銫離子。
4. 膜分離技術中的應用

復合膜材料：將 Zr (OH)?納米顆粒嵌入聚偏氟乙烯（PVDF）膜中，制備抗污染納濾膜。
優勢：增強膜的親水性，減少有機物（如腐殖酸）吸附導致的堵塞。
利用 Zr??的電荷排斥效應，提高對高價離子（如 SO?2?）的截留率。
5. 催化降解有機污染物

光催化協同處理：負載 TiO?或 g-C?N?的氫氧化鋯復合材料，在紫外線照射下分解水中有機污染物（如抗生素、農藥）。
機制：Zr (OH)?作為載體促進光生電子 - 空穴對分離，延長催化劑壽命。
6. 水質軟化與硬度控制

鈣鎂離子吸附：在硬水預處理中，Zr (OH)?通過離子交換去除 Ca2?、Mg2?，減少反滲透膜結垢風險。
與傳統樹脂對比：耐酸堿性更強（pH 2-12），適用于高鹽度廢水處理。
儲存與使用注意事項

穩定性：在強堿性條件下（pH >10）可能部分溶解，需控制系統 pH。
再生方法：重金屬吸附飽和后，可用 0.1 M HCl 溶液再生，洗脫率 > 95%。
安全性：避免吸入粉塵，皮膚接觸需戴防護手套；其粉塵對呼吸系統有刺激性。
總結

氫氧化鋯在凈水系統中的核心優勢在于其對重金屬、磷酸鹽和放射性核素的高效選擇性吸附，以及在復雜水質條件下的穩定性。未來隨著環保標準的提升，其在工業廢水深度處理、放射性污染修復和海水淡化等領域的應用將進一步擴展，尤其在替代傳統高污染絮凝劑（如聚合氯化鋁）方面潛力顯著。