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，隨著經濟的飛速發展和工業化進程的加快，我國土壤重金屬污染形勢日趨嚴峻。為了解我國土壤環境質量現狀，環境保護部和國土資源部于2005年至2013年間開展了全國范圍內的土壤質量調查，調查區域覆蓋了超過70%的國土面積。2014年4月17日發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國范圍內重金屬—有機污染引起的土壤總超標點位達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，由于人類活動的強烈影響，耕地土壤點位超標率最高，達19.4%。

國務院2016年發布的《土壤污染防治行動計劃》指出，到2020年全國土壤污染加重趨勢要得到初步遏制，受污染耕地安全利用率和污染地塊安全利用率要達到90%，到2030年受污染耕地和污染地塊安全利用率需達到95%以上。土壤污染的防治工作已迫在眉睫，實現重金屬污染農田的安全利用是保證食品安全的關鍵。

鎘是一種重有色金屬元素，化學符號為Cd，原子序數48，于1817年被發現。其單質為銀白色金屬，在工業生產、農業活動中有多種應用，這也導致了農業用地鎘污染的加劇。數據顯示，僅2020年我國就有1.3萬公頃耕地受到鎘污染，且每年會有數億千克的鎘米流入市場，最終通過土壤—作物—人體這樣一個鏈條在人體內不斷累積，對人體健康造成危害。因此，降低作物中的鎘含量、實現鎘污染農田土壤的安全利用是保證農業可持續發展、食品安全和人類健康的關鍵，也是近年來面臨的主要挑戰。

鎘因其易被作物吸收、難被降解而使農用地中鎘污染治理難度加劇。目前，主要的鎘污染控制技術包括以換土法為代表的物理修復、以鈍化法為代表的化學修復和以微生物修復為代表的生物修復三種。

不同于污染場地修復，農田土壤重金屬修復應立足于農業生產實際，實現“生態修復”和“土壤健康”的雙贏。生物修復等方法常會因為更改作物類型或土壤性質而長期影響農業生產，對鎘污染農田的修復效果欠佳。綜合比對來看，大面積農田修復仍是以鈍化方法為最優選擇。

各種鈍化材料通過對重金屬的吸附沉淀、絡合等作用，將重金屬固定在土壤中，降低其在環境中的遷移性和生物可利用性，是投入較低、操作簡便、環境友好的土壤修復方法。土壤重金屬原位鈍化技術通過添加安全綠色的鈍化劑而改變土壤理化性質或直接固定重金屬，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、穩定性好、價格適中、操作簡單等特點，在農業生產中有廣泛的應用，值得進行更加深入的研究。

常見的鈍化修復劑有以碳酸鈣為代表的石灰性物質、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點。常被用于處理和儲存危險化學品，可與重金屬污染物之間發生吸附、沉淀等化學反應，降低其生物有效性及毒性，具有較大的應用前景。

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量為2600萬噸，占世界總儲量的30%。海泡石所具有的疏松多孔結構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實的基礎。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，還可以將有機基團和無機離子結合到結構中，起到保水保肥的作用。

海泡石在固定重金屬方面被認為是很有前途的鈍化劑，但其反應性、吸附能力和比表面積等性能仍有可能通過各種方法進行優化，經過對海泡石的改性，其吸附重金屬的性能還能進一步提升。海泡石改性后可以使其分子結構轉變，增加其表面積，又或改變酸堿性，增加其對污染物的吸附能力。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，酸改性和剝離技術可以在一定程度上實現海泡石解束，制備納米級黏土晶體單元。解束后的納米級海泡石具有低維納米材料的結構特征，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完全暴露出來進行反應，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會變為粉末狀，這對其回收造成了一定難度，雖然現在科研人員利用磁改性的方法將海泡石變為順磁性物質，但仍需開發其他方法來實現有效的回收利用。