腐植酸在環(huán)境污染領(lǐng)域應(yīng)用研究進展

中圖分類號：TQ171.9 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1004-0935（2025）06-1036-04

腐植酸是動植物遺骸經(jīng)過微生物的分化，以及地球物理、化學(xué)的一系列過程所形成的一類大分子有機物質(zhì)\"。腐植酸分子主要由C、H、O、N、S元素組成，結(jié)構(gòu)中包含羧基、酚羥基、醇羥基、醌基、甲氧基等官能團，這些官能團使腐植酸分子具有親水性、弱酸性、吸附性等性質(zhì)。本文總結(jié)了近些年來有關(guān)腐植酸環(huán)境污染治理領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，以期對腐植酸資源合理開發(fā)與有效利用提供幫助。

1腐植酸修復(fù)土壤污染的機理及應(yīng)用

1.1腐植酸修復(fù)土壤重金屬污染機理

腐植酸分子中羧基、羥基、氨基等活性官能團可與土壤重金屬離子發(fā)生配位螯合作用，形成穩(wěn)定的螯合物，降低土壤重金屬含量。腐植酸與金屬離子主要作用機制可用反應(yīng)式（1）\\~式（6）表示3。

-OH+M²⁺=-O-M⁺¹+H⁺¹

-COOH+M²⁺=-COO-M⁺¹+H⁺¹

-NH₂+M²⁺=-NH-M⁺¹+H⁺¹

M²⁺+HA^n-MHA^(n-2)-

M²⁺+HA^n-=MHA^(n-1)-+H⁺¹

1.2腐植酸修復(fù)土壤重金屬污染應(yīng)用

WU等研究表明，土壤 pH 對土壤有效態(tài)銅、鉛、鎘含量有一定的影響，而環(huán)境溫度對土壤有效態(tài)銅、鉛、鎘含量的影響較小。染土壤對銅的去除率為 57.283% ，對鎘的去除率為 2.645% ，對鉛的去除率為 15.485% ，對污染溶液的去除率可達 98% 以上。LI等研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸對鎘鈍化有顯著影響，使土壤有效態(tài)Cd降低了 20.8% 。ZHAO等研究表明，兩種材料對土壤鉛都是化學(xué)吸附，鈍化機理是離子交換和表面絡(luò)合，還涉及靜電相互作用、陽離子 -π 相互作用。煤基與生物基腐植酸對土壤鉛的最大吸附量分別為 201mg?kg^-1 和 188mg^-kg^-1 。FAN等研究發(fā)現(xiàn)，施用堿性腐植酸后土壤交換性鎘降低了 37.1%～40.3% ，鐵錳氧化物結(jié)合Cd和有機物結(jié)合Cd 分別增加了 9.5%～64.6% ！ 24.8%～45.1% ○ZHAO等研究發(fā)現(xiàn)，單施用硅肥、腐植酸以及兩者復(fù)配施用都能顯著降低土壤有效態(tài) Pb 、Cd、Cu的含量，降低土壤重金屬污染。圖1為腐植酸鈍化金屬離子的機制圖。

1.3 腐植酸修復(fù)土壤有機污染的機理

腐植酸可以通過促進土壤微生物的生長和代謝，加速有機污染物的降解和轉(zhuǎn)化。此外，腐植酸還可以與有機污染物形成共沉淀或絡(luò)合物，減弱其生物有效性和遷移性

1.4腐植酸修復(fù)土壤有機污染物的應(yīng)用

劉月涵等研究表明，不同添加量的腐植酸能顯著影響鐮刀菌降解土壤中多環(huán)芳烴降解效率。當(dāng)腐植酸施加量為 2.5g?kg^-1 時，土壤中多環(huán)芳烴總量及各單體的去除率達到最大，分別為 32.44% 和35.06% 。石弘弢等[研究證明，腐植酸能促進鄰苯二甲酸二丁酯降解，在添加量為 1.5g?kg^-1 時去除效果及經(jīng)濟效益達到最大，并且在降解DBP的同時還能改善土壤理化性質(zhì)。任煊靜等2研究表明，生化腐植酸的添加對石油烴污染的土壤有修復(fù)作用，添加 5% 的生化腐植酸效果最好，高濃度污染土的總石油烴去除率最高可達 49.5% ，低濃度污染土的總石油烴去除率最高達 70.2% 。MATTHIES等[13研究表明，苯胺基團能與腐植酸強結(jié)合而被固定。

2腐植酸治理水體污染的機理及應(yīng)用

2.1腐植酸治理水體中重金屬離子污染的機理

腐植酸通過其表面酸性的官能團與水體重金屬離子主要發(fā)生絡(luò)合、吸附沉淀、氧化還原等化學(xué)方法，實現(xiàn)對重金屬離子的有效吸附。此外，利用腐植酸樹脂將水中重金屬離子與樹脂上的離子進行交換，以及利用其膠體性能吸附并聚集水體重金屬離子，降低重金屬離子的生物毒性和水環(huán)境風(fēng)險

2.2腐植酸治理水體重金屬污染的應(yīng)用

WAN等4研究顯示，磺化腐植酸樹脂對3種金屬的吸附量分別為621、366和 141mg?kg^-1 ，是一種高效、綠色的吸附材料。XUE等[15研究表明，通過對鉛離子最大吸附量影響因素和可能因素的線性分析，發(fā)現(xiàn)吸附量與酸基、羧基、酚羥基含量和脂肪鏈數(shù)量呈正相關(guān)，計算了HA結(jié)構(gòu)單元與 Pb²⁺ 的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)與其他基團相比，-COOH更容易與重金屬離子結(jié)合，與 Pb²⁺ 的親和力更大。這些發(fā)現(xiàn)有助于改進腐植酸吸附劑的效果。李靜萍等研究發(fā)現(xiàn)，在常溫25 C 條件下，吸附最佳的 ΔpH 為6時，腐植酸的吸附量達到最大，為 16mg?g^-1 。 ALHAWAS等[用磷酸鹽對腐植酸進行改性，發(fā)現(xiàn)改性后的材料對水中鉛離子的吸附量最大，為 18.85mg?g^-1 。

2.3腐植酸治理水體有機污染物的機理

腐植酸中活性官能團對水中有機污染物有較強的吸附能力，它們能夠與有機污染物發(fā)生化學(xué)與物理吸附。例如，醌基芳香胺類污染物共價結(jié)合形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，分子力學(xué)和分子動力學(xué)模擬顯示腐植酸是一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有清晰的立體空間。這些間隙可以吸附大量的有機污染物，使腐植酸具有良好的清潔能力。在適當(dāng)條件下，腐植酸可以接受或者提供電子，參與水體中有機污染物的氧化還原反應(yīng)，降低水中有機污染物含量。

2.4腐植酸在治理水體有機污染中的應(yīng)用

孫波等研究發(fā)現(xiàn)，在中性環(huán)境中，腐植酸會加速高錳酸鉀去除水中的酚類化合物，并且這種促進作用與pH呈負相關(guān)的關(guān)系， pH 降低促進效果更好。LIN等用腐植酸作為吸附劑，硫酸鎂作為沉淀劑，利用兩者的協(xié)同作用使COD去除率達到 40% ，大大降低了廢水中萘類化合物的含量。徐雪松2從褐煤中提取腐植酸處理含燃料的廢水，結(jié)果表明，腐植酸去除3種染料的效率隨著 pH 的降低而增加，腐植酸對3種染料作用的最佳時間為 15min ，吸附平衡時間分別為 12h 和 15h ，吸附過程中腐植酸分子中羧基和羥基以及苯環(huán)參與反應(yīng)。李生英等用氯化鈣和硝酸對腐植酸進行了改性去除有機染料中甲基紫的研究，結(jié)果表明，改性腐植酸在酸性條件下對甲基紫的吸附效果好。在溫度為 21～25°C 時改性腐植酸對甲基紫的吸附量與溫度的變化呈正相關(guān)。當(dāng)改性腐植酸添加量為 0.8g 時，吸附量達到最大，為 98.34% 。YANG等22將苯乙烯與腐植酸接枝共聚制得共聚樹脂（PSt-g-HA對甲基對硫磷、呋喃丹等有機農(nóng)藥的吸附作用顯著增強，最大吸附量分別為 90.4% 和 95.2% 0 PSt-g- HA有機農(nóng)藥的吸附模型見圖2。

3腐植酸在廢氣處理中的機理及應(yīng)用

3.1 腐植酸處理廢氣的機理

廢氣污染是環(huán)境污染的另一個重要來源，其中二氧化硫、氮氧化物等有害氣體對環(huán)境和人體健康造成嚴重影響。腐植酸在廢氣處理中也具有一定的應(yīng)用潛力。一方面，腐植酸可以通過物理吸附、絡(luò)合作用去除廢氣中的有害氣體；另一方面，腐植酸還可以作為催化劑載體或還原劑，促進有害氣體的轉(zhuǎn)化和降解。20世紀80年代，國外科學(xué)家利用腐植酸混合煙灰有效地吸附煙氣中的，為后續(xù)的研究提供了思路。吸收的機制可用如下的反應(yīng)概括[23]。

[M^(2x/n)-(HM)_2x/n]+2xSO₃(aq)+2xHSO₃(aq)+2xHA

3.2腐植酸處理廢氣污染中的應(yīng)用

GREEN和MANAHAN[24用腐植酸-飛灰制備的混合物吸附二氧化硫，結(jié)果表明，腐植酸能夠促進飛灰中堿性物質(zhì)的溶解生成腐植酸鹽。這些鹽可通過酸堿反應(yīng)有效吸收 SO₂ 。ZHAO等25探究了堿處理后的腐植酸鈉對煙氣中二氧化硫的去除效果。實驗發(fā)現(xiàn)上清液中的腐植酸鈉吸收 SO₂ 效果較好，當(dāng)煙氣流速為 0.12m³?h^-1 時， 100mL 腐植酸鈉吸收液吸收效率保持在 98% 。孫志國等2提出了一種使用腐植酸鈉吸附 SO₂ 和 N₂ 的新方法。該方法的吸收率分別為 98% 和 95% 以上，脫硫的產(chǎn)物為 SO₄^2-，SO₃^2- ，脫氮產(chǎn)物為 NO₃^- 與極少量的 NO₂^- 。孫文壽將腐植酸鈉作為添加劑，用于提高石灰石/石灰材料的脫硫率。YANG等2使用黃腐酸吸收煙氣，結(jié)果表明，當(dāng)黃腐酸溶液濃度為 0.04g?mL^-1 ， pH 為5.5時吸收效率達到最大，為 97.5% 。

4腐植酸在固碳減排中的機理與應(yīng)用

4.1腐植酸固碳減排效應(yīng)的機理

腐植酸在固碳減排效應(yīng)中的機理可分為3方面概述。1）增強土壤固碳與碳穩(wěn)定性：提高土壤有機質(zhì)，促進土壤碳固持，改善土壤理化性質(zhì)。2）提升作物對碳吸收與光合作用：腐植酸不僅能為植物提供碳源還能提高植物能量代謝酶的活性。3）減少化肥施用與碳排放：腐植酸能顯著提高肥料利用率，減少化肥生產(chǎn)中溫室氣體的排放。這些機制共同作用，使得腐植酸在固碳減排中發(fā)揮著重要作用。

4.2腐植酸在固碳減排中的應(yīng)用

研究表明，腐植酸與氮、磷、鉀肥混合施用，能夠顯著提升肥效，促進植物的吸收[29-31]，減少化肥的施用。GUO等[32發(fā)現(xiàn)黃腐酸對農(nóng)藥有吸附作用，可通過離子鍵、氫鍵、電子轉(zhuǎn)移等結(jié)合為高分子復(fù)合物，從而增加對農(nóng)藥的緩釋作用，提高農(nóng)藥的穩(wěn)定性。王玉瑩等[33研究了腐植酸對新農(nóng)藥哌蟲啶吸附特性，實驗結(jié)果表明，該吸附過程為吸熱反應(yīng)，最大吸附量為 9.2336g?kg^-1 。研究表明腐植酸改善土壤理化性質(zhì)主要通過增加土壤中有機質(zhì)含量[34，提高速效氮、磷、鉀含量，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)[35-36；還能調(diào)節(jié)土壤酸堿平衡，改良土壤鹽堿性[36-37]等方面增加農(nóng)田土壤固碳。腐植酸在促進作物生長發(fā)育方面是通過調(diào)理劑浸種促進種子萌發(fā)、增強根部生長促進營養(yǎng)器官的生長發(fā)育[3以及作物的增效增產(chǎn)[39]王云赫等4研究施用不同量的腐植酸對小麥的生長特性、產(chǎn)量以及籽粒的品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，腐植酸能顯著提高小麥株高、產(chǎn)量、穗長以及籽?？偟矸酆俊＠酶菜岐毺氐奈锢砼c化學(xué)性質(zhì)，對土壤環(huán)境進行改善，促進土壤微生物增殖等方式穩(wěn)定王壤碳庫，減少王壤碳排放，形成穩(wěn)碳于大氣、固碳于土壤、供碳于生物的良性循環(huán)，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)[]。

5展望

腐植酸具有廣泛的應(yīng)用前景，在環(huán)境治理等方面都表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果。未來針對不同類型的環(huán)境污染問題，應(yīng)加強腐植酸相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用研究。例如，開發(fā)高效、低成本的腐植酸提取技術(shù)，提高腐植酸產(chǎn)品的純度。研究人員需將重點放在腐植酸與環(huán)境污染物相互作用的機理方面，優(yōu)化腐植酸在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用方案。

完善政策體系，政府可鼓勵和支持腐植酸在環(huán)境治理中的應(yīng)用。提供資金支持用于腐植酸相關(guān)技術(shù)研發(fā)，加強企業(yè)間的合作，共同研究腐植酸在環(huán)境治理中的新技術(shù)、新方法的推廣應(yīng)用，讓腐植酸造福人民。

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Research Progress on the Application of Humic Acid in the Field of Environmental Pollution

HUANG Changyin， ZHANG Chen， ZHANG Huiyi， SHANG Hongzhou， SUN Xiaoran

CollegeofChemicalEngineering，NorthChina UniversityofScienceandTechnology，TangshanHebei O63ooo，China

Abstract:Asaaturalorganicpolymercompoundhumicacidisidelyfoundiaturalevironmentssuchassoilwatend sedimentInrecentyears，withtheincreasingseriousnessofenvironmentalpolution，theapplicationofhumicacidmolecules inthe fieldofenvironmentalpollutioncontrolduetoteirspecialtructureandphysicalandchemicalpropertieshasgraduallyatacted people'sattention.Itis paper，theappicationand mechanismofhumicacid insoil polutionremediation，waterpolutioncotrol， wastegas reatmentandterspectsinecentyarsareevieedinodertootrutetotompreesieutilationdioative research and development of humic acid resources.

Key words: Humicacid;Soilpolution; Waterpollution;Exhaust gas treatment; Carbonsequestrationandemissonreduction