治理土壤污染，海泡石大显身手

李望原　阎秀兰　杨潇　师碧玲　刘然

近年来，随着经济的飞速发展和工业化进程的加快，我国土壤重金属污染形势日趋严峻。为了解我国土壤环境质量现状，环境保护部和国土资源部于2005年至2013年间开展了全国范围内的土壤质量调查，调查区域覆盖了超过70%的国土面积。2014年4月17日发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国范围内重金属—有机污染引起的土壤总超标点位达16.1%，以重金属污染为主，占总体的82.8%，占比最高的为镉污染。从土壤利用类型上看，由于人类活动的强烈影响，耕地土壤点位超标率最高，达19.4%。

国务院2016年发布的《土壤污染防治行动计划》指出，到2020年全国土壤污染加重趋势要得到初步遏制，受污染耕地安全利用率和污染地块安全利用率要达到90%，到2030年受污染耕地和污染地塊安全利用率需达到95%以上。土壤污染的防治工作已迫在眉睫，实现重金属污染农田的安全利用是保证食品安全的关键。

镉是一种重有色金属元素，化学符号为Cd，原子序数48，于1817年被发现。其单质为银白色金属，在工业生产、农业活动中有多种应用，这也导致了农业用地镉污染的加剧。数据显示，仅2020年我国就有1.3万公顷耕地受到镉污染，且每年会有数亿千克的镉米流入市场，最终通过土壤—作物—人体这样一个链条在人体内不断累积，对人体健康造成危害。因此，降低作物中的镉含量、实现镉污染农田土壤的安全利用是保证农业可持续发展、食品安全和人类健康的关键，也是近年来面临的主要挑战。

镉因其易被作物吸收、难被降解而使农用地中镉污染治理难度加剧。目前，主要的镉污染控制技术包括以换土法为代表的物理修复、以钝化法为代表的化学修复和以微生物修复为代表的生物修复三种。

不同于污染场地修复，农田土壤重金属修复应立足于农业生产实际，实现“生态修复”和“土壤健康”的双赢。生物修复等方法常会因为更改作物类型或土壤性质而长期影响农业生产，对镉污染农田的修复效果欠佳。综合比对来看，大面积农田修复仍是以钝化方法为最优选择。

各种钝化材料通过对重金属的吸附沉淀、络合等作用，将重金属固定在土壤中，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，是投入较低、操作简便、环境友好的土壤修复方法。土壤重金属原位钝化技术通过添加安全绿色的钝化剂而改变土壤理化性质或直接固定重金属，使重金属在土壤中的有效性降低到安全限值以下，具有钝化速率快、效果显著、稳定性好、价格适中、操作简单等特点，在农业生产中有广泛的应用，值得进行更加深入的研究。

常见的钝化修复剂有以碳酸钙为代表的石灰性物质、以骨粉为代表的含磷材料以及以海泡石为代表的黏土矿物。其中黏土矿物是含水的铝硅酸盐，有较大的比表面积，并且表面带有电荷，具有成本低、来源广泛和吸附性能好等优点。常被用于处理和储存危险化学品，可与重金属污染物之间发生吸附、沉淀等化学反应，降低其生物有效性及毒性，具有较大的应用前景。

海泡石是一种含水的镁硅酸盐黏土矿物，在我国分布广泛。我国已探明的海泡石储量为2600万吨，占世界总储量的30%。海泡石所具有的疏松多孔结构和其作为镁和硅的氧化物的特性，为其作为良好的吸附材料奠定了坚实的基础。海泡石作为天然黏土矿物中的一大类，除了拥有大量的水分子和可交换阳离子外，还可以将有机基团和无机离子结合到结构中，起到保水保肥的作用。

海泡石在固定重金属方面被认为是很有前途的钝化剂，但其反应性、吸附能力和比表面积等性能仍有可能通过各种方法进行优化，经过对海泡石的改性，其吸附重金属的性能还能进一步提升。海泡石改性后可以使其分子结构转变，增加其表面积，又或改变酸碱性，增加其对污染物的吸附能力。随着研究的不断完善，海泡石的吸附限制逐渐被打破。在诸多改性手段中，酸改性和剥离技术可以在一定程度上实现海泡石解束，制备纳米级黏土晶体单元。解束后的纳米级海泡石具有低维纳米材料的结构特征，不仅可以大大增加比表面积，而且可以将海泡石表面的活性吸附位点完全暴露出来进行反应，有利于提高制备的纳米钝化剂的吸附性能。

不过，改性海泡石吸附剂在使用时会变为粉末状，这对其回收造成了一定难度，虽然现在科研人员利用磁改性的方法将海泡石变为顺磁性物质，但仍需开发其他方法来实现有效的回收利用。