在研究沸石在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前景時(shí)指出,沸石分子篩因具有擇型性、可調(diào)性和安全性等優(yōu)質(zhì)特性被公認(rèn)為是一種具有極大潛在應(yīng)用前景的“環(huán)境新材料”。農(nóng)業(yè)上沸石可作為吸附土壤中鹽基離子和重金屬離子的良好載體,大小不同的孔隙使沸石具有很高的選擇性陽離子交換量,并含有Ca、Mg、Na、K、Fe、Cu、Cr等20余種植物生長所需的常量和微量元素,所以沸石也常常被用作土壤或無土栽培基質(zhì)的添加劑,提供作物和花卉生長所需的養(yǎng)分。此外,沸石和改性沸石也被作為吸附劑和中和劑用于土壤治理和土壤改良,達(dá)到吸附重金屬、消除毒害的作用,應(yīng)用前景廣泛。筆者從添加沸石對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)、土壤養(yǎng)分釋放的影響,以及污染土壤治理和土壤改良等幾個(gè)方面對(duì)沸石在土壤改良及污染治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了概述,并對(duì)其應(yīng)用前景作了進(jìn)一步的展望,以期為沸石在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

沸石在土壤污染治理中的應(yīng)用

沸石因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),在鹽堿地改良、土壤理化性狀改善和污染土壤修復(fù)等方面得到廣泛應(yīng)用,國內(nèi)外許多學(xué)者在沸石處理重金屬污染方面進(jìn)行了研究。國外已有利用沸石或4A沸石模擬核素Sr、Cs和吸附Cu、Cd和Pb的研究。對(duì)4A沸石處理過的土壤中鉛的濃度及形態(tài)的變化進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),4A沸石對(duì)土壤重金屬鉛具有一定的鈍化效果,能夠有效降低土壤可交換態(tài)鉛、碳酸鹽結(jié)合態(tài)鉛和鐵錳氧化態(tài)鉛的濃度,抑制土壤中鉛的遷移及生態(tài)有效性。土壤鉛以殘?jiān)鼞B(tài)為主,其占比為44.8~59.2。土壤中的鉛濃度由原來的32.1mg/kg減少到28.1mg/kg。研究表明,4A沸石對(duì)NH具有較高的選擇交換性,可以去除土壤和污水中的NH4+-N及Pb、Cu、Zn+和Cd。

通過添加不同改良劑對(duì)鎘污染土壤中各形態(tài)Cd的含量(以干質(zhì)量計(jì))及化學(xué)固定修復(fù)狀況進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),其中生物可利用態(tài),包括水溶態(tài)、交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)的Cd,隨著沸石和納米沸石用量的增加,其占總量Cd的比例降低,部分轉(zhuǎn)化為其他形態(tài),其中以納米沸石固定Cd的效果最好。研究了不同土壤處理措施(酸化、CaCO3、沸石)對(duì)菠菜在添加Cu情況下的生長特征及吸收金屬的含量變化,并對(duì)菠菜的過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)進(jìn)行測定發(fā)現(xiàn),添加沸石處理顯著提高了菠菜體內(nèi)Cu的含量(P<0.05),顯著減少了Cr在菠菜體內(nèi)的含量(P<O.05),對(duì)其他金屬的吸收并無顯著影響,可能是由于供試土壤偏堿性的原因造成了沸石對(duì)其他金屬離子的吸收障礙。模擬了添加骨炭和沸石前后的銅、鉛、鎘復(fù)合污染土壤狀況,對(duì)土壤pH值、土壤中重金屬有效態(tài)含量、植物生長量、重金屬吸收量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn),土壤受到污染后pH值顯著降低,土壤中重金屬有效態(tài)含量顯著增加,植物生長不良,同時(shí)重金屬含量增加;在中度和重度污染的土壤上添加等量的骨炭和沸石混合物,土壤pH值提高了2.21和2.29個(gè)單位,土壤有效態(tài)重金屬含量顯著降低,植物株高、鮮重和干重增加,能夠起到保證作物產(chǎn)量,提高農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量的作用。

研究展望

1、沸石的種類豐富,因其無毒無害的理化性質(zhì)及資源廉價(jià)易得等方面所具有的獨(dú)特的優(yōu)越性,必將廣泛應(yīng)用于土壤改良、土壤有機(jī)肥和土壤基質(zhì)等方面的生產(chǎn)。隨著對(duì)沸石在土壤改良和污染治理方面的功效的認(rèn)識(shí)不斷地深入,沸石在這些方面的應(yīng)用將得到更加深入的研究,同時(shí),利用現(xiàn)代技術(shù),綜合不同非金屬的特性,研究沸石與其他非金屬結(jié)合在土壤和環(huán)境中的應(yīng)用,值得重視和研究。

2、對(duì)于天然沸石的結(jié)構(gòu)和特性的研究正隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用的需要得以逐步擴(kuò)大和深化,如:沸石被廣泛用于鹽堿化土壤改良或去除污水中的雜質(zhì),可達(dá)到吸附凈化的目的。目前,對(duì)沸石在土壤中與土壤膠體結(jié)合反應(yīng)的作用機(jī)理方面的研究并不多,因此,今后研究的重點(diǎn)可從研究沸石結(jié)構(gòu),增加其有效性人手,以此保證用量與吸附能力之間的合理化,提高使用效率,促進(jìn)循環(huán)利用。此外,對(duì)高純沸石和改性沸石的研究與開發(fā),也應(yīng)引起足夠的重視,從進(jìn)行機(jī)理的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)人手,可使沸石在更高技術(shù)領(lǐng)域中得以應(yīng)用。

3、沸石的生產(chǎn)已逐漸由原本的粗放型生產(chǎn)向精細(xì)化轉(zhuǎn)變,如何合成雜質(zhì)少、活化好、結(jié)構(gòu)松散、孔隙和裂隙發(fā)育良好的沸石分子篩已成為進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。分子化學(xué)、化學(xué)物理和分子結(jié)構(gòu)學(xué)等相關(guān)科學(xué)的發(fā)展為進(jìn)一步研究天然沸石的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)提供了有利的工具。沸石在生產(chǎn)上有十分廣闊的市場前景,沸石的應(yīng)用研究將對(duì)綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。