在我國土壤和農作物的重金屬污染中,鎘是最常見的污染物之一,其污染面積高達400萬公頃,約占重金屬污染耕地的40%。鎘是一種累積性和劇毒元素,在土壤中不僅危害作物,還通過“鎘大米”和“鎘蔬菜”等食物鏈途徑進入人體,危害人類健康。Zeolite作為一種強離子交換能力及高吸附能力的含水鋁硅酸鹽礦物,在土壤?重金屬污染修復方面具有良好的應用效果。
一、沸石對鎘污染Soil remediation的情況
沸石作為一種效果優秀的土壤改良劑,施用到土壤中后,不僅改善了土壤的理化性質,還促進了植物對養分的吸收,被廣泛應用于土壤改良領域。近幾年沸石在土壤重金屬修復中的研究逐漸引起人們的關注。國內外研究證實,沸石的應用對土壤重金屬鎘具有很好的修復作用。Mahabadia等人的研究表明,天然沸石對土壤鎘具有穩定的吸附作用,其應用能夠顯著減少了粘土,壤土,砂壤土和沙質土的四種不同質地土壤(70mg/kgCd水平)中鎘的浸出量。當添加15%的沸石時,對土壤鎘的吸附效果最好,土壤滲濾液中的鎘濃度小于0.1mg/L。
二、沸石對土壤鎘的修復機理
通過相關文獻資料查詢,結合沸石相關試驗研究,將沸石對土壤鎘的修復機理總結包括以下幾個方面:
第一,沸石獨特的框架結構可以吸附和固定重金屬并交換離子。Castaldi和Madrid的研究認為,沸石可以通過二氧化硅四面體和氧化鋁八面體結構對溶液中的重金屬產生強大的離子交換和吸附作用,從而降低了重金屬的有效性。沸石的空間結構為網架形式,在網架中具有相互連接的規則孔穴,其通常充滿“沸石水”水分子,比表面積大,吸附力強。另一方面,在沸石的四面體結構中,由鋁離子代替硅離子引起的負電荷由Na、Ca2、K和Mg2來保持平衡。這些陽離子與鋁硅酸鹽的結合非常弱,并且具有非常高的流動性,而這些因素使其易于與周圍的陽離子進行離子交換,使沸石具有強大的離子交換能力。
第二,沸石對土壤pH值和陽離子交換量具有促進作用。土壤pH值和陽離子交換量是影響土壤重金屬有效性的兩個重要因素。通常土壤pH值、土壤陽離子交換量與土壤可交換態鎘呈負相關關系。沸石作為一種土壤改良劑,施入土壤中可與土壤顆粒形成土壤團聚體和有機無機復合體,使土壤陽離子交換量增大,對重金屬離子的吸附能力更強。
從總體上看,未來的研究應找到生產和制備新型的高性價比沸石,減少沸石用量并降低環境風險的方法。另外當前沸石對土壤鎘的大多數修復具有有限的表觀作用,并且對作用機理的研究很少。因此今后應加強對沸石去除金屬離子的機理和動力學的研究。