环境矿物材料在土壤环境修复中的应用研究进展

龚会琴

摘 要 在土壤环境修复工作的高質量开展与推进背景下，行业人员加大了对环境矿物材料的研究，并获得了不错的成效，助力修复工作的开展。针对环境矿物材料在土壤环境修复中的应用问题，结合现有的研究进行分析，总结环境矿物材料的应用研究情况。

关键词 环境矿物材料;土壤环境;修复

中图分类号：X53 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.15.089

生态环境部2021年1月发布的《2016—2019年全国生态环境统计公报》显示，2019年土壤污染防治建设资金投入大约86.9亿元，相比2018年增加12.85%。从我国当前土壤修复工作的开展情况分析，土壤污染，尤其是重金属污染、病毒污染等问题十分严重，因此，加强土壤环境修复的研究，有着重要的意义。

1 土壤污染治理材料概述

从当前的土壤污染问题防治实践分析，以重金属污染为主。矿物材料作为土壤污染治理材料，不仅来源广泛而且成本低，实际应用中具有方便且治理效果突出等优势，成为土壤污染治理的优选材料。黏土矿物作为土壤的重要组成组分，主要通过离子交换和专性吸附或者共沉淀反应，来降低土壤中重金属的活性，增强土壤的自净能力，同时能够钝化修复。使用的海泡石和石灰石及磷肥等，在进行土壤污染治理时，可起到固定镉元素的积极作用，凹凸棒石对镉有着不错的吸附性能，吸附量可以达到40 mg·g-1，比普通黏土矿物要高;对于重污染土壤，也使用硅藻土与羟基磷灰石等进行修复;此外，天然矿物通过改性或者制备为复合材料后，能够起到提高固持重金属性能的作用，被广泛的应用，为土壤污染治理提供支持;使用改性纳米沸石，可有效减少土壤有效镉的含量;使用改性海泡石，可以吸附固定土壤中的As3+与As5+;在治理实践中还使用磁性矿物材料及磁分离技术手段，为相关工作的开展提供支持。

2 环境矿物材料在重度污染土壤环境修复中的应用

2.1 天然多孔矿物及其改性材料

重金属污染土壤治理实践使用的环境矿物物料中，天然多孔矿物与改性材料为重要材料，其中沸石和膨润土及凹凸棒石等，被广泛的研究与应用。1）凹凸棒石黏土具有较强的吸附性能，能够为土壤污染修复工作的开展与落实，提供强有力的支持与保障。相关研究者开展盆栽试验，检验土壤中使用凹凸棒石，可以提高土壤的pH值，可有效改善土壤酸性，且降低植株对重金属离子的吸收，如Cu和Zn等。将凹凸棒石应用到土壤污染治理实践中，既能够为日益恶劣的土壤污染提供低成本的天然矿物材料，还可以促进矿物材料的开发和应用。2）使用的沸石与改性材料，在土壤污染治理实践中能够转化土壤中重金属的存在状态，通过钝化土壤中重金属污染物溶解及迁移，有效降低其在土壤环境中的生物有效性，促使重金属的化学稳定性得到增加，并抑制植物对重金属污染物的吸收，保持土壤生态环境平衡。如果将沸石矿物材料或者沸石，同其他材料协同作用，能够有效改变土壤中重金属元素的赋存状态，如Pb和Zn等，有效减少重金属污染物的迁移能力，可减弱重金属对植物生长的毒害作用。3）使用膨润土及其改性矿物材料，发挥物理吸附与离子交换作用，能够对土壤中的重金属元素起到积极的固化作用，如Pb，有效减轻重金属污染物的危害。4）使用海泡石与高岭土等矿物材料，通过吸附与钝化等，实现对金属污染物的有效处理，可限制钒污染物的迁移。5）借助天然多孔矿物，对含有的重金属的环境进行修复，能够展现天然矿物自净化的特点，不仅成本低，而且效果突出。

2.2 人工合成环境矿物材料

土壤环境修复实践中，人工合成环境矿物材料的使用，有着很好的表现，例如，人工合成沸石能够和重金属形成氧化物沉淀，同时可以进入到矿物结构内，发挥其作用，降低污染土壤中含有的重金属的移动性及生物有效性。相关人员的研究结果也表明，在Pb和Zn及Cd污染土壤中使用由鱼骨人工合成的磷灰石，能够起到有效的固定作用。研究使用的是西班牙西南部发电厂的粉煤灰合成沸石材料，按照10 000～25 000 kg/hm2的使用量，同深度为25 cm的表层土进行混合，经过1～2年之后，沸石能够使得土壤的pH从原来的3.3增高到7.6，使得污染土壤中的Cd及Co等移动性显著降低。究其原因，沸石的使用，可促使土壤pH值提高。此外，纳米矿物学特征和普通宏观晶体的矿物学特征存在很大差异。在矿物纳米效应的影响下，对促进污染物净化，发挥着积极的作用。相关研究显示，磷酸盐复合材料的使用，可起到有效原位固定污染土壤及沉积物中重金属元素的作用，例如Pb和Cd等，固定机理为磷酸盐和重金属形成磷酸盐沉淀[1]。

2.3 改性环境矿物材料

污染土壤的治理中，使用天然环境矿物材料还存在着一些不足，在部分材料使用之前需要进行相应的处理，通过加工和改性使其性能得到有效的提高，进而满足处理的需求。相关工作人员经过研究得知，经质量比为0.17%及0.5%改性贝得石处理后的土壤，可有效控制黑麦草对Cd的吸收。

3 环境矿物材料在修复有机物与病毒污染土中的具体应用

3.1 修复有机物

从当前土壤污染问题的情况来说，污染源比较广泛，而且种类比较多，使得土壤的质量被严重地降低，同时整个土壤生态系统也被破坏;从来源角度分析，主要包括地下水污染及地表水污染等[2]。在进行处理时使用环境矿物材料，发挥其吸附固定及氧化催化等系列作用，可以达到有效治理的积极作用。使用天然与改性硅酸盐矿物材料，通过对土壤中含有的有机污染物，经过吸附及解吸附等方式来控制其迁移行为，进而为整个污染处理提供支持与帮助，从当前的研究来说，关于此材料的应用特征和机理的研究比较多。例如，相关研究者通过研究天然沸石对苯酚和苯胺的吸附作用，获得了相应的结果。经过研究之后发现，天然沸石在对苯酚的吸附方面，相对于苯胺要更加的优越。使用的天然硅酸盐矿物拥有亲水性无机阳离子，可以使得矿物的表面出现水膜，进而阻止分类和苯类的祛除[3];采取改性的方式，使得阳离子可以进入到矿物结构内，进而置换出其中的水分子，最终形成有机硅酸盐矿物。使用的盐酸矿物质除了可以发挥吸附固定的有效作用之外，还可以起到催化与氧化的积极作用，因为粘土矿物拥有层状结构及离子交换的特点，在表面或者内部存在氧化中心，使得自由基得以产生，进而氧化有机污染物。相关人员研究了蒙脱石和高岭石催化降解抗生素与红霉素的性能。从其研究的结果来看，蒙脱石的催化活性相对于高岭石要强很多[4]。

3.2 修复病毒土

在污染土壤治理中，病毒土的治理存在着很大的难度，病毒可以随着水分进入到土壤的深层内，且能够进入到地下水，因此，此类污染问题比较严峻，尤其是农村地区。如果病毒土没有得到有效的治理，将会威胁到农村居民的饮用水安全。对于病毒在土壤中的环境行为研究，是在近几年内才被高度重视，通过研究发现，比表面带正电荷的矿物可以对病毒起到吸附的作用，使用的黏土矿物能够实现对各类病毒的有效吸附和固定。例如，高岭土可以吸附噬菌体T2。在推进污染土治理工作环节中，需要结合污染情况来选择相应的矿物材料，充分发挥环境矿物材料的性能与作用，通过改性和复配等方式来满足土壤处理工作的需求。加大对更多高性能材料的研发力度，满足整个污染土治理工作的需求，促使整体水平得到有效提高[5]。

4 结语

土壤改良与土壤环境修复工作高质量落实，对保障修复目标的实现，可起到积极的作用。因此，结合天然矿物材料的应用研究，进行具体的分析，在推进污染治理与修复工作时，要做好土壤的调查与分析，并结合实际情况，提出有效的矿物材料，为相关工作的开展与落实，提供强有力的支持与保障，高质量解决土壤污染问题，为居民提供优质的生存环境。

参考文献：

[1] 张旭，章国权，杨炳飞.天然多孔矿物材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展[J].中国土壤与肥料，2020（4）：223-230.

[2] 卿艳红，苏小丽，王钺博，等.蒙脱石黏土矿物环境材料构建的研究进展[J].材料导报，2020，34（19）：19018-19026.

[3] 郭德强，曹绍成，杨玉兴.高湿、高盐环境条件下易燃易爆场所地面材料的选择与施工[J].中国建材科技，2020，29（3）：133-134.

[4] 陈希廉.矿山废弃物在环境生态工程中大有可为[N].中国矿业报，2020-01-06（6）.

[5] 张宝强.矿物材料修复重金属污染的研究进展[J].中国资源综合利用，2019，37（7）：100-102.

（责任编辑：刘 昀）