治理土壤污染，海泡石大顯身手

李望原　閻秀蘭　楊瀟　師碧玲　劉然

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國土壤重金屬污染形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。為了解我國土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，環(huán)境保護(hù)部和國土資源部于2005年至2013年間開展了全國范圍內(nèi)的土壤質(zhì)量調(diào)查，調(diào)查區(qū)域覆蓋了超過70%的國土面積。2014年4月17日發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國范圍內(nèi)重金屬—有機(jī)污染引起的土壤總超標(biāo)點(diǎn)位達(dá)16.1%，以重金屬污染為主，占總體的82.8%，占比最高的為鎘污染。從土壤利用類型上看，由于人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率最高，達(dá)19.4%。

國務(wù)院2016年發(fā)布的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》指出，到2020年全國土壤污染加重趨勢(shì)要得到初步遏制，受污染耕地安全利用率和污染地塊安全利用率要達(dá)到90%，到2030年受污染耕地和污染地塊安全利用率需達(dá)到95%以上。土壤污染的防治工作已迫在眉睫，實(shí)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田的安全利用是保證食品安全的關(guān)鍵。

鎘是一種重有色金屬元素，化學(xué)符號(hào)為Cd，原子序數(shù)48，于1817年被發(fā)現(xiàn)。其單質(zhì)為銀白色金屬，在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)中有多種應(yīng)用，這也導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)用地鎘污染的加劇。數(shù)據(jù)顯示，僅2020年我國就有1.3萬公頃耕地受到鎘污染，且每年會(huì)有數(shù)億千克的鎘米流入市場(chǎng)，最終通過土壤—作物—人體這樣一個(gè)鏈條在人體內(nèi)不斷累積，對(duì)人體健康造成危害。因此，降低作物中的鎘含量、實(shí)現(xiàn)鎘污染農(nóng)田土壤的安全利用是保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、食品安全和人類健康的關(guān)鍵，也是近年來面臨的主要挑戰(zhàn)。

鎘因其易被作物吸收、難被降解而使農(nóng)用地中鎘污染治理難度加劇。目前，主要的鎘污染控制技術(shù)包括以換土法為代表的物理修復(fù)、以鈍化法為代表的化學(xué)修復(fù)和以微生物修復(fù)為代表的生物修復(fù)三種。

不同于污染場(chǎng)地修復(fù)，農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)應(yīng)立足于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)“生態(tài)修復(fù)”和“土壤健康”的雙贏。生物修復(fù)等方法常會(huì)因?yàn)楦淖魑镱愋突蛲寥佬再|(zhì)而長期影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)鎘污染農(nóng)田的修復(fù)效果欠佳。綜合比對(duì)來看，大面積農(nóng)田修復(fù)仍是以鈍化方法為最優(yōu)選擇。

各種鈍化材料通過對(duì)重金屬的吸附沉淀、絡(luò)合等作用，將重金屬固定在土壤中，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性，是投入較低、操作簡便、環(huán)境友好的土壤修復(fù)方法。土壤重金屬原位鈍化技術(shù)通過添加安全綠色的鈍化劑而改變土壤理化性質(zhì)或直接固定重金屬，使重金屬在土壤中的有效性降低到安全限值以下，具有鈍化速率快、效果顯著、穩(wěn)定性好、價(jià)格適中、操作簡單等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，值得進(jìn)行更加深入的研究。

常見的鈍化修復(fù)劑有以碳酸鈣為代表的石灰性物質(zhì)、以骨粉為代表的含磷材料以及以海泡石為代表的黏土礦物。其中黏土礦物是含水的鋁硅酸鹽，有較大的比表面積，并且表面帶有電荷，具有成本低、來源廣泛和吸附性能好等優(yōu)點(diǎn)。常被用于處理和儲(chǔ)存危險(xiǎn)化學(xué)品，可與重金屬污染物之間發(fā)生吸附、沉淀等化學(xué)反應(yīng)，降低其生物有效性及毒性，具有較大的應(yīng)用前景。

海泡石是一種含水的鎂硅酸鹽黏土礦物，在我國分布廣泛。我國已探明的海泡石儲(chǔ)量為2600萬噸，占世界總儲(chǔ)量的30%。海泡石所具有的疏松多孔結(jié)構(gòu)和其作為鎂和硅的氧化物的特性，為其作為良好的吸附材料奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。海泡石作為天然黏土礦物中的一大類，除了擁有大量的水分子和可交換陽離子外，還可以將有機(jī)基團(tuán)和無機(jī)離子結(jié)合到結(jié)構(gòu)中，起到保水保肥的作用。

海泡石在固定重金屬方面被認(rèn)為是很有前途的鈍化劑，但其反應(yīng)性、吸附能力和比表面積等性能仍有可能通過各種方法進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過對(duì)海泡石的改性，其吸附重金屬的性能還能進(jìn)一步提升。海泡石改性后可以使其分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，增加其表面積，又或改變酸堿性，增加其對(duì)污染物的吸附能力。隨著研究的不斷完善，海泡石的吸附限制逐漸被打破。在諸多改性手段中，酸改性和剝離技術(shù)可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)海泡石解束，制備納米級(jí)黏土晶體單元。解束后的納米級(jí)海泡石具有低維納米材料的結(jié)構(gòu)特征，不僅可以大大增加比表面積，而且可以將海泡石表面的活性吸附位點(diǎn)完全暴露出來進(jìn)行反應(yīng)，有利于提高制備的納米鈍化劑的吸附性能。

不過，改性海泡石吸附劑在使用時(shí)會(huì)變?yōu)榉勰?，這對(duì)其回收造成了一定難度，雖然現(xiàn)在科研人員利用磁改性的方法將海泡石變?yōu)轫槾判晕镔|(zhì)，但仍需開發(fā)其他方法來實(shí)現(xiàn)有效的回收利用。