河流、湖泊和其他水道的磷酸鹽污染已經達到了危險的程度，導致藻類大量繁殖，使魚類和水生植物缺氧。同時，全世界的農民正在接受磷酸鹽肥料儲備不斷減少的事實，這些肥料施用於世界上一半的食物類作物。

受芝加哥附近許多水體的啟發，西北大學領導的一個團隊已經開發出一種方法，從被污染的水域中反復清除和重新使用磷酸鹽。研究人員將這一發展比作污染修復的”瑞士軍刀”，因為他們研發了一種膜來吸收並隨後釋放污染物。這項研究將於2021年5月31日發表在《美國國家科學院院刊》上。

磷是世界糧食系統和地球上所有生命的基礎。地球上的每一個生物體都需要它：磷存在於細胞膜、DNA的支架和我們的骨骼中。雖然其他關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於地殼，需要幾千年甚至幾百萬年才能風化掉。而磷礦場正在開採殆盡。

鑑於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化的過程，當太多的營養物質進入一個自然水源時，就會發生富營養化。隨著磷酸鹽和其他礦物質的積累，水生植物和藻類變得過於密集，耗盡水中的氧氣，並最終殺死水生生物。

人類過去更多的是重複使用磷酸鹽，現在我們只是把它從地下拉出來，使用一次，用完後就把它衝進水源里。所以，這是一個污染問題，一個可持續發展問題，也是一個循環經濟問題。傳統上，生態學家和工程師已經制定了策略，通過消除水源中的磷酸鹽來解決日益嚴重的環境和公共健康問題。直到最近，重點才從消除磷酸鹽轉移到回收磷酸鹽。

現在美國西北大學研究團隊開發了磷酸鹽消除和恢復輕量級（PEARL）膜，它是一種多孔的柔性基質，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膜上塗有與磷酸鹽結合的納米結構，可以通過控制pH值來調整，以吸收或釋放營養物質，從而實現磷酸鹽回收和膜的多次循環使用。

目前去除磷酸鹽的方法是基於復雜、冗長、多步驟的方法。它們中的大多數在去除過程中也不回收磷酸鹽，最終產生大量的物理廢物。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。它還可以重複使用，不產生任何物理廢物。