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黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用研究进展
2018-10-09
为了助推我国重金属污染土壤的修复与治理,促进我国环保工作者熟悉黏土矿物在土壤重金属污染 治理与修复中的重要作用和技术进展情况,对土壤重金属污染修复技术以及天然黏土矿物对土壤中重金属的钝化 作用效果进行总结,提出了黏土矿物作为环境功能材料在土壤重金属修复领域的优势,重点阐述了黏土矿物的改性 方法及改性机理,包括物理改性、化学改性、复合改性等,并总结了改性黏土矿物材料对土壤中重金属钝化性能的提 升和钝化机理,综合分析了黏土矿物作为环境功能材料的优缺点。最后,结合目前该领域的研究与实践情况,针对 改性黏土矿物材料的研究和应用前景进行了展望,提出长效考察、联合修复、土壤分类、移除技术及基于矿物相组成 ...
Series No. 507 金 属 矿 山 总第 507 期 September 2018 METAL MINE 2018 年第 9 期 黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用研究进展 1 1,2 1,2 海 杨越晴 董颖博 林 1. 北京科技大学能源与环境工程学院,北京 100083;2. 工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室,北京 100083) ( 摘 要 为了助推我国重金属污染土壤的修复与治理,促进我国环保工作者熟悉黏土矿物在土壤重金属污染 治理与修复中的重要作用和技术进展情况,对土壤重金属污染修复技术以及天然黏土矿物对土壤中重金属的钝化 作用效果进行总结,提出了黏土矿物作为环境功能材料在土壤重金属修复领域的优势,重点阐述了黏土矿物的改性 方法及改性机理,包括物理改性、化学改性、复合改性等,并总结了改性黏土矿物材料对土壤中重金属钝化性能的提 升和钝化机理,综合分析了黏土矿物作为环境功能材料的优缺点。最后,结合目前该领域的研究与实践情况,针对 改性黏土矿物材料的研究和应用前景进行了展望,提出长效考察、联合修复、土壤分类、移除技术及基于矿物相组成 差异的修复等是今后研究的重要方向。 关键词 土壤 重金属污染 改性黏土矿物 钝化作用 中图分类号 X53,X131.3 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-09-033-08 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201809006 Research Progress of Passivation on Heavy Metals in Soils by Clay Minerals 1 1,2 1,2 Lin Hai Yang Yueqing Dong Yingbo (1. School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China; 2 . Beijing Key Laboratory on Resource-oriented Treatment of Industrial Pollutants,Beijing 100083,China) Abstract In order to promote the progress of the renovate and treatment of heavy metal contaminated soil in China,pro⁃ mote environmental protection workers get a well knowledge about the important role and current technical development of clay minerals in treating and repairing heavy metal contaminated soil,the techniques and passivation effect of natural clay minerals in treating heavy metal contaminated soil was summarized,provided the advantages of clay minerals as environmen⁃ tal functional materials in the field of soil heavy metal remediation. The methods and mechanism of modification of clay miner⁃ als is emphatically summarized,including physical modification,chemical modification,composite modification,etc. At the same time,the improvement of passivation performance of modified clay mineral materials and the passivation mechanism were summarized,both the advantages and disadvantages of clay minerals as environmental functional materials were also an⁃ alyzed. In the end,prospect for the research and application of modified clay minerals based on the current research and prac⁃ tice of the field,proposed long-term investigations,combined restorations,soil classification,removal techniques and the treatment based on the combination of minerals is important research direction in the future. Keywords Soil,Heavy metal pollution,Modified clay minerals,Passivation 据《2016中国环境状况公报》显示,我国耕地总面 积达13 499.87万ha,其中评价为一等至三等的耕地面 积为 3 658.46 万 ha,仅占耕地总面积的 27.07%;评价 为四等到六等的耕地面积占45.10%;评价为七等至十 等的耕地面积高达 3 752.96 万 ha,占耕地总面积的 机污染为主,无机污染物超标点位数占土壤污染超 标点位总数的82.8%,其中,镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、 [2] 镍 8 种重金属污染物点位超标率达 21.7% 。据统 计,由于矿山开采、金属冶炼、工业排放等原因,我国 受砷、镉、汞、锌、铜等重金属污染的耕地面积约1 000 万 ha,每年受重金属污染的粮食产量约 1 000 万 t,造 [1] 27.83%,土壤污染状况总体不容乐观 。土壤污染类 [3] 成巨大的经济损失和食品安全隐患 。 型包括有机污染、无机污染和复合型污染,我国以无 收稿日期 2018-07-05 基金项目 国家水体污染控制与治理科技重大专项项目(编号:2015ZX07205003)。 作者简介 杨越晴(1993—),女,硕士研究生。通讯作者 董颖博(1983—),女,副教授,博士,硕士研究生导师 · 33 · 总第507期 金 属 矿 山 2018年第9期 土壤重金属污染不仅对农作物的存活、生长、发 育带来阻碍和威胁,也直接或间接地给人类健康带 金属通过挥发、地下水转移、农作物积累等途径直接 或间接被人类摄入体内,在人体内积累一定量后,损 害人体的神经系统、免疫功能,使人体患各类疾病, [4] 来危害。Chen H等 研究发现,小麦具有极强的重金 属转移能力,导致小麦籽粒铜、锌和镉积累量超标, [6] 甚至引发癌症 。 [5] 提升农作物重金属积累的生态风险。G. Eleni等 研 究发现,镍对甜菜的生长具有致命毒害作用,且在镉 和镍复合污染处理条件下,镉的存在可以促进甜菜 对镍的吸收及积累,使甜菜的存活率遭到威胁。重 1 土壤重金属污染修复技术 当前,土壤重金属污染治理方法主要分为物理 修复、化学修复、生物修复、联合修复等,见图1。 [ 9-10] (1)物理修复。物理修复包括客土换土、热处理 应用受限制,不宜大规模使用 。 和蒸气抽提等,修复过程工程量大,很难根本解决土 壤污染问题。 近年来,根据地球化学原理设计的化学钝化技 术备受关注,运用无害的天然环境功能材料为钝化 剂,通过化学钝化使土壤中重金属从活跃态转变成 稳定态,降低生物毒性和重金属可迁移性,改善土壤 微生物功能,使土壤中的动物、植物等能够正常生长 发育,使农作物达到食品安全标准,最终达到解决环 境、生态、粮食等问题的目标,具有良好的发展前景。 黏土矿物作为天然土壤胶体的主要成分,近些年引起 研究者们的注意。黏土矿物具有比表面积大,机械稳 定性强,天然无害,储量丰富,价格低廉,化学性质稳 定,环境友好等优点,逐渐被应用于土壤重金属污染 治理的研究和实践中,天然海泡石、膨润土等已经被 广泛应用在土壤重金属钝化修复领域中,镉污染水稻 田的治理就是其中一个典型案例。黏土矿物对重金 属污染土壤的修复机理、应用效果、应用影响因素、改 性方法和可行性等方面已经取得诸多研究成果与进 (2)生物修复。生物修复包括植物稳定、植物提 取、植物挥发、动物修复、微生物修复等。植物修复可 将土壤重金属移除,具有效果稳定、经济有效的优势, 但植物种植受季节变化影响,且一些超富集植物生长 缓慢,总体来说重金属移除效率较低,植物收割后续 处理技术有待研究,具有一些应用限制。动物与微生 物修复是指将动物、微生物投放到污染土壤中,利用 其新陈代谢摄入重金属达到移除的目的,如甲壳虫对 土壤的水文特性产生积极影响,蚯蚓可以降低玉米、 [ 7-8] 向日葵叶片中Cd的毒性和浓度,提高植物耐受性 , 此外,也可将污染作物作为食物喂养动物,该方法具 有增强土壤肥力,改善土壤环境,不破坏土壤结构的 优点,但操作较为复杂,应用并不常见。 (3)化学修复与联合修复。化学修复包括化学 [11-14] 展,具有很大的研究和应用价值 。 淋洗、土壤改良剂修复、电动修复、化学钝化修复 等。化学方法可从重金属形态转化、降低毒性等方 面设计修复思路,也可联合植物修复等形成联合修 复技术,具有很好的发展前景,但目前研究的一些表 面活性剂、改良剂等性质不稳定,甚至可释放毒性, 长期稳定性尚待考察,因此一些化学修复方法实践 2 黏土矿物对土壤中重金属的钝化研究 2. 1 天然黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用 黏土矿物是一种层状结构或层链状结构的硅酸 盐矿物,具有极大的比表面积,因而具有很强的吸附 作用,可通过物理吸附、化学吸附和离子交换作用吸 · 34 · 杨越晴等:黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用研究进展 2018年第9期 附环境中的各类离子;黏土矿物具有吸水膨胀性和 加热膨胀性,吸水膨胀性以蒙脱石为典型代表,加热 膨胀性以蛭石为典型代表,可制成膨胀蛭石应用于 保温材料;此外,黏土矿物的流变性质及其与土壤有 机质的相互作用均是其应用于环境治理领域的优势 性能,近年来逐步被开发、利用。 在实验室条件下效果较为理想,但在实践应用中钝 化效果和稳定性往往受到许多应用因素限制,通过 黏土矿物的改性,不仅能克服一些影响因素,还能进 一步提高黏土矿物对土壤中重金属离子的钝化率, 开发出具有高效性的多功能黏土矿物材料。改性方 法主要包括物理改性、化学改性、复合改性以及复合 配方的研发等,其中化学改性根据所用药剂的不同, 可分为有机改性和无机改性。改性即通过物理研 磨、超声、化学基团接枝、分步复合处理、按照一定比 例制备混合配方等手段,进一步提升黏土矿物的性 能,利用物理吸附、离子交换吸附、配合作用、共沉淀 作用等机理更好地发挥其对重金属的钝化作用。 2. 2. 1 物理改性 物理改性是指通过加热、超声、浸渍等物理途 径,使黏土矿物材料在不发生化学反应的条件下,结 构、成分、性质发生变化,进而提高其对重金属污染 土壤的修复能力。物理改性具有操作简便、成本低 廉的优势,成为黏土矿物改性与联合改性研究中的 基础部分。 按照国际标准,黏土矿物被分为高岭石-蛇纹石 族、蒙皂石族、蛭石族、绿泥石族、云母族、滑石-叶腊 石族、坡缕石-海泡石族、脆云母族等 8 个族,每个族 又分为若干亚族,不同种类的黏土矿物既有相同的 [ 15] 性质又有相异的特性 。 黏土矿物由于其良好的吸附性能及环境友好性 被广泛应用于土壤重金属治理的研究和实践中;例 如,凹凸棒土可以有效减少烟草对重金属铅和镉的 [ 16] 积累,降低重金属的生物有效性 ;海泡石可以提高 土壤的 pH,使重金属铅和镉从活性高的可提取态向 较稳定状态转化,降低重金属在菠菜、水稻体内的积 [ 17-19] 累量,在酸雨条件下降低铅和镉的淋溶量 ;坡缕 石可使土壤可交换态铅、镉显著减少,同时增加土壤 [ 20-21] [22] [25] 刘勇等 提出,将蛭石置于 100 ℃下灼烧,可使 中残渣态铅的比例 。D. Tica等 研究发现,添加 白云石、硅藻土、蒙脱石、膨润土、褐藻石和沸石混合 物作为污染土壤的修复材料,其脱氢酶、β-葡萄糖苷 酶活性显著改变,可有效降低重金属Pb、Zn、Cu和Cd 蛭石晶层失去吸附水、结晶水和部分层间水,去除一 些杂质,增大比表面积,有效提高蛭石对银离子的吸 附容量,但灼烧温度过高会破坏蛭石结构。史明明 [23] [26] 2+ 的潜在生物利用度。Liang X等 以镉污染水稻田为 研究对象,以海泡石为土壤重金属钝化剂,用2 a时间 考察海泡石对水稻田修复效果的长期有效性,结果 表明,海泡石对镉的钝化效果在第一年表现显著,在 第二年基本保持不变,这项研究为黏土矿物钝化剂 的长期有效性的发挥与低成本钝化剂的开发提供了 等 采用微波同步处理的方法考察膨润土对 Zn 、 2 + 2+ Pb 、Cd 的去除能力,结果表明,微波作用能够显著 [27] 提高重金属离子的去除率。方亮等 提出增设微波 辐照程序的硫酸亚铁改性海泡石对铅离子的单位吸 [ 28] 附量比原矿提高 10.47%。M.G.A. Vieira 等 提出在 750 ℃处理后的膨润土具有很好的阳离子交换性能, [ 24] [29] 一项有力的证明。M. Malandrino 等 调研了意大利 某污染场地,发现该场地土壤含有铜、铬和镍等15种 重金属离子,随后以蛭石为钝化剂进行修复试验,盆 栽试验表明,蛭石可降低莴苣和菠菜对该污染土壤 中重金属的可利用率,且修复有效性随接触时间的 增加而上升。 可用作去除铅的吸附剂。S. Maleki等 提出,通过设 置研磨条件可增强或减弱黏土矿物对重金属的吸附 2 + 能力,在确定的研磨条件下,蒙脱石对 Ni 的吸附容 量达到29.76 mg/g,较改性前提高71.7%,其机理在于 适当的研磨可有效增大矿物比表面积,并避免颗粒 [ 30] 2 聚团。A.B.Đukić等 在添加剂TiO 用量为20%的情 然而,天然黏土矿物对重金属的钝化作用具有 一定的限制性,土壤环境、重金属种类、复合污染等 均是黏土矿物修复污染土壤的限制因素,例如天然 蛭石、硅藻土等均具有降低土壤中 Cr、Cu 和 Ni 等重 金属植物有效性的性能,但作用效果受土壤类型、接 触时间等因素影响。因此,结合黏土矿物的天然优 势,研发出以黏土矿物为基础的高效环境修复材料 成为近年来国内外的研究热点。 况下制造间插蒙脱石-高岭石材料,结果表明,利用 机械诱导可使矿物材料微结构发生变化,样品在一 2 定条件下研磨19 h后完全非晶化,硬质TiO 同时具备 研磨和对细小颗粒解聚的作用,可有效提高材料对 重金属离子的吸附作用。 2. 2. 2 化学改性 2. 2. 2. 1 无机改性 无机改性即使用无机物质(碱、酸、盐)改造或改 善材料物理化学性质的方法。无机改性多用于层状 黏土矿物,以增加矿物层间距,进而提高矿物离子交 2 . 2 改性黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用 天然黏土矿物对土壤中重金属离子的钝化作用 · 35 · 总第507期 金 属 矿 山 2018年第9期 换性能,以柱撑等方式提高矿物材料的性能。 物与重金属复合污染土壤的综合治理提供了一个有 [31] [39] 王冬柏等 制备出聚羟基铝改性硅藻土应用于 土壤改良,结果表明,在添加量为 20 g/kg 的情况下, 土壤中有机质含量提高 27.54%,从而促进土壤中酸 可提取态 Cd 含量的降低,增强土壤对 Cd 的缓冲性 价值的研究方向 。 2. 2. 3 纳米材料的研究与应用 纳米环境功能材料的研发与应用近年来取得许 多新进展,纳米材料的优势为环境治理突破了许多 障碍,例如纳米铁在治理重金属砷污染领域取得诸 多成果。然而,纳米材料的细小颗粒在应用时容易 发生团聚而影响反应效果,因此,结合天然黏土矿物 孔隙多、比表面积大的特点,将纳米材料负载于黏土 矿物表面或内部,使其既能发挥材料的功能,又能够 分散均匀,不易团聚,在水污染和土壤污染治理方向 [ 32] 能,降低 Cd 毒性。P. Kumararaja 等 通过盆栽试验 得出结论,多羟基铝柱撑膨润土可显著促进植物生 长并降低土壤中重金属的生物可利用性,在添加量 为 2.5%的条件下所收割的苋菜铜含量从 48.5 mg/kg 降至33.5 mg/kg,镍含量比对照组降低了53%,锌含量 [ 33] 降低 24%。A.A.Taha 等 用碳酸钠处理钙基膨润土 以制备钠基膨润土,并考察了钠基膨润土对 Pb、Cd、 Ni的吸附效果,这种改性方法已经较成熟,但钠基膨 润土在土壤重金属修复中的应用仍受到一些限制。 [ 40-41] [42] 上具有广阔的发展空间 。于生慧等 采用微波 辐照-回流法制备出海泡石负载纳米磁铁矿复合材 6 + 料,经测试,该材料对Cr 的去除容量为33.4 mg/g,远 高于原矿,纳米磁铁矿与海泡石的复合应用具备静 电吸附和还原反应降低毒性双重作用,同时具有分 散均匀的优势。此外,研究表明,蛭石负载纳米零价 铁材料可有效降低凤仙花和孔雀草在重金属污染土 壤中生长的中毒风险,降低Cd和Pb在植物体内的积 累量,在重金属与二噁英类PCBs复合污染土壤中,更 [34] 2+ 2+ 孙良臣等 研究得出,钠基膨润土对Cu 和 Cd 的最 大吸附量分别达到 4 681 mg/kg 和 5 356 mg/kg,但土 壤应用试验表明,钠基膨润土在褐壤和中性棕壤中 对重金属的钝化效果较稳定,在酸性棕壤中稳定性 很差,主要是因为受土壤pH与成土母质的影响。 2 . 2. 2. 2 有机改性 [ 43] 有机改性即利用有机改性剂改造或改善材料物 加利于植物对PCBs的修复 。 理化学性质的方法。有机改性基于的原理有表面吸 附改性、插层改性及嫁接改性等。改性剂主要有表 面活性剂(阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、 两性表面活性剂、生物表面活性剂等)、螯合剂、壳聚 糖、腐殖酸、硅烷偶联剂等。 2. 2. 4 复合改性 复合改性即以黏土矿物的成分、结构、理化性质 为基础,采用多种改性或改造手段对其进行处理,完 善、提高或拓展其应用性能,用于多种污染物的同步 去除。例如在制备硅烷化膨润土时,为了将甲硅烷 更均匀、有效地接枝到膨润土内表面,首先利用羟基 铝聚阳离子对膨润土进行预柱化处理,增加膨润土 层间距,再利用烷基氯硅烷对柱撑膨润土进行硅烷 化处理,这样复合改性制备的无机-有机复合黏土材 料,与单一改性材料相比具有更好的表面和孔隙性 [45] 质,耐热温度和吸附性能也有所提高 。Fei Y 等 采用巯基和硫酸铁制备硫醇/Fe 复合改性膨润土,在 Cr土壤污染盆栽试验中,矿物添加量为1.0 g/kg时,芥 菜的鲜重和干重分别提高22%和133%,Cr含量下降 27%;当用20 g/kg 的改性黏土处理时,芥菜生物量恢 复土壤未污染水平,Cr含量减少了55%。 近几年,硅烷偶联剂与黏土矿物的复合在土壤 [35] 重金属治理方面取得了许多新成果,L. Mercier 等 将3-巯基丙基三甲氧基硅烷接枝到多孔含氟锂蒙脱 石黏土结构的内部框架壁上,试验表明,高达67%的 固定巯基可用于 Hg 的捕获。有研究表明,黏土矿物 表面嫁接的巯基可与重金属离子发生络合作用,且 [44] [ 36] 矿物表面的羟基可与重金属离子发生物理吸附 。 [37] Yu K等 提出,用四甲基铵改性膨润土,可增加材料 的表面积,提供更多的阳离子吸附位点,有效降低重 金属Hg的浸出率;用十二烷基三甲基铵改性膨润土, 由于静电作用的增强,可有效降低 Cr 和 As 的浸出 率。此外,用十六烷基三甲基氯化铵处理后的贝得 石,可有效抑制土壤中重金属 Cd 的生物活性,0.17% 复合改性能够通过多项技术手段将黏土矿物赋 予多种性能,或者利用其中一个改性过程强化、引导 下一项改性过程,从而达到应对土壤重金属复合污 染、增强材料钝化性能、应对土壤环境条件变化等效 果,是一个具有良好发展前景的改性研究方向。 2. 2. 5 含黏土矿物材料复合配方的开发及应用 黏土矿物虽然在土壤重金属污染治理中具有许 多优势性能,但单一种类的黏土矿物往往针对单一 [ 38] 的添加量即可有效降低植物体内的Cd积累量 。也 有研究者运用两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜 2 + 碱对蛭石进行改性,并考察其在四环素和重金属Cd 共存状态下对二者的处理效果,结果表明,改性蛭石 2 + 热稳定性得到提高,且四环素与Cd 在改性蛭石表面 和内部孔道的吸附作用可互相促进,该发现为有机 · 36 · 杨越晴等:黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用研究进展 2018年第9期 污染型土壤具有较好效果,且作用效果受土壤类型、 含水率、污染类型等因素的影响,针对复合污染土壤 或某些单一污染土壤,即使对黏土矿物进行改性处 理,往往在实际应用中也很难达到理想的治理效 果。因此,针对具体土壤污染情况制定专一的含黏 土矿物材料的复合配方不失为土壤污染治理的一个 简单而有效的方案。 如缺乏钝化长期效果与毒性释放方面的研究,重金 属分离提取技术的研发,改性黏土矿物材料长期稳 定性的考察,长期作用对土壤理化性质的影响等无 从考证。根据现存问题和研究现状的总结,指出黏 土矿物改性及其在重金属污染土壤治理领域的应用 研究的重点应包含以下几点: (1)长效考察。黏土矿物改性研究虽然已经取 得诸多成果,但改性黏土矿物的长效稳定性研究却 很少见,以至于改性材料对污染土壤长期修复效果 难以考证。应利用大田试验的方法,设计长期的试 验工程,考察改性黏土矿物物理、化学性质的稳定 性,揭示改性黏土矿物应用于土壤重金属污染修复 的长效可行性。 [46-47] L.A.Hussain等 提出,采用烟草生物炭搭配钙 基膨润土施用于陕西奉贤冶炼厂周边的重度污染土 壤,可增加植物干生物量,与对照组相比,油菜对 Cd 的摄取量提高 11.51%,且根部 Cu 积累量较高;采用 石灰搭配钙基膨润土处理轻度污染土壤,可降低土 壤中可提取态Cd、Pb、Cu含量,同时降低菜青苔的干 生物量和对重金属的富集量,这项研究为土壤重金 属的植物修复提供了有力的理论支持和改进方向。 (2)联合修复技术的开发与利用。目前,针对改 性黏土矿物的研究多数集中于改性方法与作用效果 2方面,联合修复技术较少,因此,运用生物修复等其 他技术联合修复重金属污染土壤是一个可选择的研 究方向。目前,在重金属污染水体治理中已有将黏 土矿物作为植物生长基质的研究,研究认为,可将改 性黏土矿物与植物修复联合,研发同时具备富集和 转运作用的改性黏土矿物,促进重金属超富集植物 对土壤重金属的吸收;另外,基于改性黏土矿物与微 生物联合修复技术也很罕见,因此,认为可将植物根 瘤菌、重金属耐性微生物等与改性黏土矿物结合,研 发联合修复技术;此外,天然黏土矿物与其他材料的 复配技术研究已经取得诸多成果,但改性黏土矿物 的复配研究比较少,可针对不同改性黏土矿物材料 的特性,研发新的复配技术,用取长补短的方式利用 现有技术,取得更好的修复效果。 [ 48] Wu Y J等 通过3 a的原位试验考察石灰岩-海泡石 复合配方对重金属污染水稻田的修复效果,发现该 方法可以显著提高土壤 pH 值,降低土壤中 Pb 和 Cd 交换性浓度,降低糙米中 Pb 和 Cd 的含量,且降低土 壤交换性 Cd 的作用相对持久,适合长期修复。胡杰 [ 49] 等 通过试验筛选出 13X 分子筛、凹凸棒土、粉煤灰 复合配方的最佳配比为 25%、42.6%、32.4%,采用该 配方对1 500 mg/kg铅污染土壤进行钝化修复并用固 体废物浸出毒性方法 ——醋酸缓冲溶液浸出法进行 评价,浸出液中 Pb 含量仅 0.027 1 mg/L,远低于地表 水质量标准中Ⅲ类标准(0.05 mg/L)。 复合配方不仅局限于黏土矿物材料与硅酸盐、 磷酸盐、有机质等材料间的搭配,还可采用黏土矿物 [ 50] 与微生物搭配组合。Chen L 等 将 Neorhizobium huautlense T1-17 菌与蛭石混合添加到土壤中,试验 测得辣椒果实生物量和VC含量显著提高,Cd含量下 降了87%,Pb含量下降了37%,此研究不仅证实了辣 椒可食组织生物量增加和重金属固定具有协同作 用,而且强调了在复合重金属污染的土壤中开发植 物生长促进菌+固定剂以安全生产蔬菜作物的可能 性,为黏土矿物复合配方的开发与应用奠定了基础。 (3)针对土壤污染类型的研究。从目前的研究 不难发现,一些改性材料对单一污染土壤的钝化效 果较好,但实际应用往往面临着更复杂的情况,使改 性黏土矿物不能充分发挥钝化作用。因此,针对不 同污染类型土壤的研究可以更深入、细致地开展。 例如,我国各地土壤类型不同,不同类型的土壤理化 性质有很大差异;各地区由于污染源不同,土壤中污 染物种类和含量也不同。针对阳离子和阴离子重金 属复合污染,或有机物-无机物复合污染土壤的治理 有待深入研究,可根据不同污染物与土壤类型,有针 对性地对黏土矿物进行改性,从应用角度去考虑改 性方法的研发方向。 3 展 望 运用黏土矿物修复土壤重金属污染具有原位钝 化操作简便、材料廉价成本较低、环境友好无二次污 染等优点,而我国作为农业大国,污染土壤的处理与 利用涉及到国民经济与生态环境建设等,是至关重 要的一项工程。因此,黏土矿物在重金属污染土壤 治理领域的研究与应用具有良好发展前景。目前国 内外对于天然黏土矿物和改性黏土矿物的研究虽然 已经取得较多成果,但仍然存在一些不足与漏洞,例 (4)重金属移除技术的研究。天然黏土矿物与 改性黏土矿物对土壤中重金属的钝化虽能降低重金 属毒性,使污染土壤能够被农业利用,但这种技术目 前不能够将重金属从土壤中移除,也就是说重金属 · 37 · 总第507期 金 属 矿 山 2018年第9期 Soil Ecology,2010(1):9-16. 形态虽然发生变化但会一直存在于土壤中,不能做 到彻底清除土壤重金属污染,黏土矿物材料也无法 进行再生利用,因此,黏土矿物材料-重金属复合体 的移除、再生可作为一个新的研究方向。 [ 9] 孙鹏轩.土壤重金属污染修复技术及其研究进展[J]. 环境保护 与循环经济,2012(11):48-51. 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