天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料的制備及其在農(nóng)用地Cd污染修復(fù)中的應(yīng)用研究

王望權(quán)

（1.江西省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，江西 新余 338000；2.江西省地質(zhì)局九0二地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 330200；3，江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九0二地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 330200）

工業(yè)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境的污染衍生出許多問(wèn)題，其中包括農(nóng)產(chǎn)品的安全性問(wèn)題。前些年，中國(guó)鎘大米事件鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，導(dǎo)致社會(huì)各界對(duì)食品安全問(wèn)題甚為擔(dān)心。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)多數(shù)礦山、化工產(chǎn)業(yè)周邊農(nóng)田都存在鎘超標(biāo)問(wèn)題。中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)和人口大國(guó)，食品安全是民生大計(jì)，直接關(guān)乎到每個(gè)人的日常生活問(wèn)題。工業(yè)鎘污染導(dǎo)致不少農(nóng)用地鎘含量超標(biāo)，種植農(nóng)作物后農(nóng)副產(chǎn)品存在鎘超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，繼而存在潛在危害人體健康風(fēng)險(xiǎn)。目前土壤鎘污染治理已經(jīng)成為重要及熱門(mén)研究課題之一，本研究以天然含水MgSiO3（海泡石，下稱(chēng)同）為載體合成新型土壤Cd污染修復(fù)劑，研究過(guò)程如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)試劑為 HCl（AR）、H2SO4（AR）、氨水（自制）、無(wú)水CH3CH2OH（AR）、NaHB4（AR）、FeSO4·7H2O（AR）、FeCl2（AR）、FeCl3（AR）、NaOH（AR）、HClO4（AR）、HNO3（AR）、HF（AR）、純化天然含水MgSiO3（海泡石，購(gòu)置于江西某環(huán)境科學(xué)研究機(jī)構(gòu)）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)土壤

本研究所用土壤采集于江西省新余市渝水區(qū)某Cd污染企業(yè)附近農(nóng)田，為農(nóng)田表層（0～20 cm）耕作層土壤，去除土壤表面秸稈、樹(shù)枝、較大顆粒砂石，于室內(nèi)常溫鼓風(fēng)烘干、研磨后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室用100目篩子篩后制備所得實(shí)驗(yàn)室污染土壤樣品。經(jīng)處理后，污染土壤理化性質(zhì)如下：重金屬類(lèi)別為Cd2+（87.2 mg/kg），pH＝5.8，含水率25.6%。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器包括：原子吸收分光光度計(jì)（ZCA-100SF，北京中和測(cè)通儀器有限責(zé)任公司）、pH酸度計(jì)（PHS-3C，陜西凱利化玻儀器有限公司）、數(shù)顯精密增力電動(dòng)攪拌器（JJIA200W，上海科興儀器有限公司）、真空干燥箱（無(wú)錫展霖環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司，DZF-6210C）、永磁鐵（購(gòu)置于江西某環(huán)境科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)用品級(jí)），本研究所用實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)自于本單位和江西某環(huán)境科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 土壤Cd污染新型修復(fù)劑天然載體合成

(1)在實(shí)驗(yàn)室精確配置2.0 mol/L的HCl溶液1000 mL。

(2)按照HCl和天然含水MgSiO3固液比1∶8，加入221.3 g海泡石，混合后于35℃環(huán)境下充分?jǐn)嚢?4小時(shí)。

(3)將攪拌后的混合液進(jìn)行抽濾，濾餅用實(shí)驗(yàn)室自制蒸餾水進(jìn)行清洗，直至清洗上清液pH為中性。

(4)將清洗后的固體產(chǎn)物置于真空干燥箱內(nèi)干燥24小時(shí)，即得新型修復(fù)劑天然載體。

1.2.2 土壤Cd污染新型修復(fù)劑磁性天然載體合成

(1)稱(chēng)量189.2 g六水氯化鐵（FeCl3·6H2O）固體，加入400 mL去離子水中進(jìn)行攪拌充分溶解。

(2)稱(chēng)量所制得修復(fù)劑天然載體（酸改性海泡石）12.0 g，加進(jìn)所配得的氯化鐵溶液中，于65℃環(huán)境下攪拌加熱10分鐘。

(3)混合溶液中加入11.2 g七水硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）固體，進(jìn)行攪拌溶解，控制溶液鐵總濃度為1.5 mol/L，充分?jǐn)嚢柚敝粱旌先芤鹤優(yōu)榫鶆虻膽覞嵋骸?/p>

(4)向混合懸濁液中均勻緩慢滴加濃氨水溶液，調(diào)節(jié)溶液為堿性（pH＝10.0～11.0），攪拌反應(yīng)1小時(shí)。

(5)攪拌反應(yīng)后，將混合溶液置于60℃水域環(huán)境下陳化2小時(shí)以上，陳化后對(duì)混合液進(jìn)行過(guò)濾（抽濾）分離。

(6)濾餅用去離子水洗滌，直至洗滌上清液為中性止，所得固體于65℃真空干燥箱內(nèi)干燥24小時(shí)。

(7)對(duì)干燥后固體進(jìn)行研磨，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)室用100目篩子篩分，即得新型修復(fù)劑磁性天然載體。

1.2.3 土壤Cd污染新型修復(fù)劑合成

(1)于氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，將11.2 g FeSO4·7H2O溶于200 mL去離子水中，將所得溶液置于三口燒瓶（500 mL）中，加入納米級(jí)天然含水MgSiO3，于常溫條件下攪拌吸附4小時(shí)。

(2)向溶液滴加50 mL無(wú)水乙醇，攪拌4小時(shí)。

(3)取100 mL去離子水（通過(guò)NaOH調(diào)節(jié)pH值為9～10），加入6.0 g NaBH4，制得弱堿性硼氫化鈉溶液。

(4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境和轉(zhuǎn)速2200r/min條件下，將弱堿性硼氫化鈉溶液緩慢滴加至(2)所得溶液中，滴加結(jié)束后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2小時(shí)。

(5)于55 mT磁場(chǎng)條件下，對(duì)混合溶液進(jìn)行磁選分離，用無(wú)水乙醇和無(wú)氧去離子水對(duì)磁選目的固體進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，直至洗滌上清液為中性止。

(6)所得黑色固體于真空干燥箱內(nèi)80℃干燥，即得目的產(chǎn)物天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料。

1.2.4 新型修復(fù)劑合成修復(fù)Cd污染土壤實(shí)驗(yàn)

(1)稱(chēng)10.0 g經(jīng)處理后的實(shí)驗(yàn)室污染土壤樣品，置于150 mL帶塞三角燒瓶中，滴加去離子水25 mL，通過(guò)HCl和NaOH進(jìn)行調(diào)節(jié)pH值（約為7.0）。

(2)分別于不同組項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中加入所制備土壤Cd污染修復(fù)劑（天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料）0.1 g、0.2 g、0.4 g、0.8 g、1.0 g、1.5 g，于30℃、180 r/min水浴攪拌條件下反應(yīng)4小時(shí)。

(3)通過(guò)磁選分選出修復(fù)劑和土壤樣品，土壤樣品于110℃真空干燥箱干燥24小時(shí)后再研磨，研磨得到修復(fù)處理后的土壤樣品。

(4)將處理后的土壤樣品經(jīng)消解、定容等處理后，用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行Cd含量測(cè)定。

(5)新型修復(fù)劑合成修復(fù)Cd污染土壤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果按照數(shù)據(jù)處理規(guī)范取其均值。

天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料對(duì)污染土壤Cd修復(fù)效率=（土壤修復(fù)前Cd含量-土壤修復(fù)后Cd含量）/土壤修復(fù)后Cd含量×100%。

2 結(jié)果與分析

由下圖表可知，隨著修復(fù)劑（天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料）的劑量增加，土壤Cd去除效果提高，整體Cd去除效果與修復(fù)劑添加量呈正比關(guān)系。當(dāng)修復(fù)劑添加量在0.1～0.8 g時(shí)土壤Cd去除效果隨著修復(fù)劑添加量的增加而增長(zhǎng)明顯，當(dāng)修復(fù)劑添加量大于0.8 g時(shí)，土壤Cd去除效果隨修復(fù)劑添加量的增加而提高并不明顯，基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

表1 新型土壤Cd污染修復(fù)劑修復(fù)效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3 討論

圖1 新型修復(fù)劑Cd污染土壤修復(fù)效果

本研究以天然含水MgSiO3（海泡石）為載體合成新型土壤Cd污染修復(fù)劑，研究結(jié)果表明天然含水MgSiO3負(fù)載Fe0新型復(fù)合材料對(duì)土壤Cd污染修復(fù)有一定效果，值得進(jìn)一步深入研究和實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)本研究可為土壤Cd污染修復(fù)研究領(lǐng)域及實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域提供相關(guān)思路與指導(dǎo)性建議。土壤成分及污染修復(fù)機(jī)理復(fù)雜，本研究?jī)H針對(duì)土壤Cd污染開(kāi)展研究，未綜合考慮不同質(zhì)地土壤污染和修復(fù)治理中的協(xié)同、耦合等復(fù)雜機(jī)理，希望在日后研究中能從工藝優(yōu)化、機(jī)理研究等多方面進(jìn)行更深層次的相關(guān)研究。