環境礦物材料在土壤環境修復中的應用研究進展

龔會琴

摘 要 在土壤環境修復工作的高質量開展與推進背景下，行業人員加大了對環境礦物材料的研究，并獲得了不錯的成效，助力修復工作的開展。針對環境礦物材料在土壤環境修復中的應用問題，結合現有的研究進行分析，總結環境礦物材料的應用研究情況。

關鍵詞 環境礦物材料;土壤環境;修復

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.15.089

生態環境部2021年1月發布的《2016—2019年全國生態環境統計公報》顯示，2019年土壤污染防治建設資金投入大約86.9億元，相比2018年增加12.85%。從我國當前土壤修復工作的開展情況分析，土壤污染，尤其是重金屬污染、病毒污染等問題十分嚴重，因此，加強土壤環境修復的研究，有著重要的意義。

1 土壤污染治理材料概述

從當前的土壤污染問題防治實踐分析，以重金屬污染為主。礦物材料作為土壤污染治理材料，不僅來源廣泛而且成本低，實際應用中具有方便且治理效果突出等優勢，成為土壤污染治理的優選材料。黏土礦物作為土壤的重要組成組分，主要通過離子交換和專性吸附或者共沉淀反應，來降低土壤中重金屬的活性，增強土壤的自凈能力，同時能夠鈍化修復。使用的海泡石和石灰石及磷肥等，在進行土壤污染治理時，可起到固定鎘元素的積極作用，凹凸棒石對鎘有著不錯的吸附性能，吸附量可以達到40 mg·g-1，比普通黏土礦物要高;對于重污染土壤，也使用硅藻土與羥基磷灰石等進行修復;此外，天然礦物通過改性或者制備為復合材料后，能夠起到提高固持重金屬性能的作用，被廣泛的應用，為土壤污染治理提供支持;使用改性納米沸石，可有效減少土壤有效鎘的含量;使用改性海泡石，可以吸附固定土壤中的As3+與As5+;在治理實踐中還使用磁性礦物材料及磁分離技術手段，為相關工作的開展提供支持。

2 環境礦物材料在重度污染土壤環境修復中的應用

2.1 天然多孔礦物及其改性材料

重金屬污染土壤治理實踐使用的環境礦物物料中，天然多孔礦物與改性材料為重要材料，其中沸石和膨潤土及凹凸棒石等，被廣泛的研究與應用。1）凹凸棒石黏土具有較強的吸附性能，能夠為土壤污染修復工作的開展與落實，提供強有力的支持與保障。相關研究者開展盆栽試驗，檢驗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，且降低植株對重金屬離子的吸收，如Cu和Zn等。將凹凸棒石應用到土壤污染治理實踐中，既能夠為日益惡劣的土壤污染提供低成本的天然礦物材料，還可以促進礦物材料的開發和應用。2）使用的沸石與改性材料，在土壤污染治理實踐中能夠轉化土壤中重金屬的存在狀態，通過鈍化土壤中重金屬污染物溶解及遷移，有效降低其在土壤環境中的生物有效性，促使重金屬的化學穩定性得到增加，并抑制植物對重金屬污染物的吸收，保持土壤生態環境平衡。如果將沸石礦物材料或者沸石，同其他材料協同作用，能夠有效改變土壤中重金屬元素的賦存狀態，如Pb和Zn等，有效減少重金屬污染物的遷移能力，可減弱重金屬對植物生長的毒害作用。3）使用膨潤土及其改性礦物材料，發揮物理吸附與離子交換作用，能夠對土壤中的重金屬元素起到積極的固化作用，如Pb，有效減輕重金屬污染物的危害。4）使用海泡石與高嶺土等礦物材料，通過吸附與鈍化等，實現對金屬污染物的有效處理，可限制釩污染物的遷移。5）借助天然多孔礦物，對含有的重金屬的環境進行修復，能夠展現天然礦物自凈化的特點，不僅成本低，而且效果突出。

2.2 人工合成環境礦物材料

土壤環境修復實踐中，人工合成環境礦物材料的使用，有著很好的表現，例如，人工合成沸石能夠和重金屬形成氧化物沉淀，同時可以進入到礦物結構內，發揮其作用，降低污染土壤中含有的重金屬的移動性及生物有效性。相關人員的研究結果也表明，在Pb和Zn及Cd污染土壤中使用由魚骨人工合成的磷灰石，能夠起到有效的固定作用。研究使用的是西班牙西南部發電廠的粉煤灰合成沸石材料，按照10 000～25 000 kg/hm2的使用量，同深度為25 cm的表層土進行混合，經過1～2年之后，沸石能夠使得土壤的pH從原來的3.3增高到7.6，使得污染土壤中的Cd及Co等移動性顯著降低。究其原因，沸石的使用，可促使土壤pH值提高。此外，納米礦物學特征和普通宏觀晶體的礦物學特征存在很大差異。在礦物納米效應的影響下，對促進污染物凈化，發揮著積極的作用。相關研究顯示，磷酸鹽復合材料的使用，可起到有效原位固定污染土壤及沉積物中重金屬元素的作用，例如Pb和Cd等，固定機理為磷酸鹽和重金屬形成磷酸鹽沉淀[1]。

2.3 改性環境礦物材料

污染土壤的治理中，使用天然環境礦物材料還存在著一些不足，在部分材料使用之前需要進行相應的處理，通過加工和改性使其性能得到有效的提高，進而滿足處理的需求。相關工作人員經過研究得知，經質量比為0.17%及0.5%改性貝得石處理后的土壤，可有效控制黑麥草對Cd的吸收。

3 環境礦物材料在修復有機物與病毒污染土中的具體應用

3.1 修復有機物

從當前土壤污染問題的情況來說，污染源比較廣泛，而且種類比較多，使得土壤的質量被嚴重地降低，同時整個土壤生態系統也被破壞;從來源角度分析，主要包括地下水污染及地表水污染等[2]。在進行處理時使用環境礦物材料，發揮其吸附固定及氧化催化等系列作用，可以達到有效治理的積極作用。使用天然與改性硅酸鹽礦物材料，通過對土壤中含有的有機污染物，經過吸附及解吸附等方式來控制其遷移行為，進而為整個污染處理提供支持與幫助，從當前的研究來說，關于此材料的應用特征和機理的研究比較多。例如，相關研究者通過研究天然沸石對苯酚和苯胺的吸附作用，獲得了相應的結果。經過研究之后發現，天然沸石在對苯酚的吸附方面，相對于苯胺要更加的優越。使用的天然硅酸鹽礦物擁有親水性無機陽離子，可以使得礦物的表面出現水膜，進而阻止分類和苯類的祛除[3];采取改性的方式，使得陽離子可以進入到礦物結構內，進而置換出其中的水分子，最終形成有機硅酸鹽礦物。使用的鹽酸礦物質除了可以發揮吸附固定的有效作用之外，還可以起到催化與氧化的積極作用，因為粘土礦物擁有層狀結構及離子交換的特點，在表面或者內部存在氧化中心，使得自由基得以產生，進而氧化有機污染物。相關人員研究了蒙脫石和高嶺石催化降解抗生素與紅霉素的性能。從其研究的結果來看，蒙脫石的催化活性相對于高嶺石要強很多[4]。

3.2 修復病毒土

在污染土壤治理中，病毒土的治理存在著很大的難度，病毒可以隨著水分進入到土壤的深層內，且能夠進入到地下水，因此，此類污染問題比較嚴峻，尤其是農村地區。如果病毒土沒有得到有效的治理，將會威脅到農村居民的飲用水安全。對于病毒在土壤中的環境行為研究，是在近幾年內才被高度重視，通過研究發現，比表面帶正電荷的礦物可以對病毒起到吸附的作用，使用的黏土礦物能夠實現對各類病毒的有效吸附和固定。例如，高嶺土可以吸附噬菌體T2。在推進污染土治理工作環節中，需要結合污染情況來選擇相應的礦物材料，充分發揮環境礦物材料的性能與作用，通過改性和復配等方式來滿足土壤處理工作的需求。加大對更多高性能材料的研發力度，滿足整個污染土治理工作的需求，促使整體水平得到有效提高[5]。

4 結語

土壤改良與土壤環境修復工作高質量落實，對保障修復目標的實現，可起到積極的作用。因此，結合天然礦物材料的應用研究，進行具體的分析，在推進污染治理與修復工作時，要做好土壤的調查與分析，并結合實際情況，提出有效的礦物材料，為相關工作的開展與落實，提供強有力的支持與保障，高質量解決土壤污染問題，為居民提供優質的生存環境。

參考文獻：

[1] 張旭，章國權，楊炳飛.天然多孔礦物材料在土壤改良和土壤環境修復中的應用及研究進展[J].中國土壤與肥料，2020（4）：223-230.

[2] 卿艷紅，蘇小麗，王鉞博，等.蒙脫石黏土礦物環境材料構建的研究進展[J].材料導報，2020，34（19）：19018-19026.

[3] 郭德強，曹紹成，楊玉興.高濕、高鹽環境條件下易燃易爆場所地面材料的選擇與施工[J].中國建材科技，2020，29（3）：133-134.

[4] 陳希廉.礦山廢棄物在環境生態工程中大有可為[N].中國礦業報，2020-01-06（6）.

[5] 張寶強.礦物材料修復重金屬污染的研究進展[J].中國資源綜合利用，2019，37（7）：100-102.

（責任編輯：劉 昀）