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万亿土壤环境修复市场,天然多孔矿物材料将大展身手来源:武汉中地大环境地质研究院    发布日期:2020-09-02    浏览量:


近年来,我国土壤污染问题愈发严重,国家相继出台了一系列政策规定来解决这一问题。从2006年启动首次全国土壤污染状况调查,到2016年“土十条”的出台再到《土壤污染法》落地,土壤修复成为继大气污染、水污染治理之后的又一个充满蓬勃张力的巨大市场。


天然矿物的自净化功能是大自然赋予地球生物生存发展的一种潜在功能,而天然多孔矿物由于其特殊的晶体结构和孔道效应,具有良好的表面吸附、孔道过滤、离子交换、表面催化氧化和表面生物作用等,可有效应用于土壤改良和土壤环境污染修复,近年来备受关注。

1重金属污染土壤环境修复

天然多孔矿物及其改性材料是一种重要的处理重金属污染土壤的环境矿物材料,其中沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石等矿物及改性材料在土壤重金属污染生态环境修复中被广泛的研究和应用。

(1)沸石

沸石及其改性材料可以转化土壤中重金属的存在状态,钝化土壤中重金属污染物溶解和迁移,降低其在土壤环境中的生物有效性,增加重金属的化学稳定性,进而抑制植物对重金属污染物的吸收,维持土壤生态环境平衡。如沸石矿物材料或沸石与其他材料协同作用可以改变土壤中铅、锌、铬、钴、汞等重金属元素赋存状态,减少重金属污染物在土壤中的迁移能力,减弱了重金属对植物生长的毒害作用。

(2)膨润土

膨润土及其改性矿物材料可以通过物理吸附和离子交换作用对土壤中如铅、镉、铬、砷等重金属元素进行固化作用,减轻土壤中重金属污染物对植物的危害。其中,经钠化改性、酸化改性和巯基化改性等改性修饰后的膨润土能够显著提高矿物材料对重金属污染物的吸附能力,对其在土壤重金属污染环境修复具有重要的意义。

(3)凹凸棒石

凹凸棒石及其改性矿物材料普遍应用于重金属污染土壤的生态修复,可以通过调整土壤pH值改变重金属污染物在土壤中的存在状态,促进土壤中重金属污染发生沉淀反应,降低土壤中镉、铜、锌、铅等重金属离子的生物有效性。

(4)海泡石、高岭土等粘土矿物

海泡石、高岭土等粘土硅酸盐矿物不仅可以吸附和钝化土壤中铅、镉、镍等重金属污染物,还对土壤中含钒污染物表现出很强的亲和力,能够有效限制钒污染物在土壤中的迁移。

利用天然多孔矿物对土壤中重金属污染物进行环境修复,充分体现了天然矿物自净化的特性,且具有成本低、易控制、效果好等特点,具有广阔的应用前景。


2有机污染土壤环境修复


天然多孔矿物结构或表面存在的阳离子可以通过离子交换反应进行表面有机改性,改性后的矿物材料不仅增强了矿物表面的疏水性,对有机污染土壤中的污染物进行高效吸附。


如高岭石、蛭石、伊利石、蒙脱石等粘土多孔矿物,其粘土层间的无机阳离子容易被有机阳离子取代生成有机粘土矿物,其改性后的粘土矿物对土壤中的有机污染物吸附能力较天然多孔矿物能够提高1-2个数量级,有效地降低了土壤环境中有机污染物的迁移。


以蒙脱石为主要成分的膨润土经过有机改性后对土壤中有机污染物具有很好的吸附和固定作用,可以作为防渗层吸附固定土壤中的有机污染物。


天然多孔矿物及其改性材料对土壤中有机污染物不仅能够吸附固定,还可以促使其在矿物表面氧化分解。如蒙脱石和高岭石与表面或土壤中金属氧化物结合可以有效促进部分农用化学有机物的直接、间接或光催化降解,进而降低土壤中有机污染物的含量。


3生物病毒污染土壤环境修复


病毒类微生物可以随水分进入土壤,进而影响植物生长环境和地下水环境安全。研究发现具有较大比表面积和表面带正电荷的天然矿物或改性矿物材料可以有效对生物病毒进行吸附,限制其在土壤中的迁移行为。


例如,高岭土、硅藻土、膨润土等粘土类矿物可以直接或经改性处理后对水和土壤环境中的感染性造血坏死病毒(IHNV)、T2噬菌体、烟草花叶病毒(TMV),囊状病毒等致病微生物进行有效吸附或分解。

另外,由于矿物表面正电荷量与生物病毒吸附量存在显著的相关性,结合天然多孔矿物的孔隙结构、金属氧化物的带电性和金属氧化物催化氧化特性对天然多孔矿物进行功能性改性可以有效开发吸附并降解的病毒污染土壤的修复材料。

我国矿产资源丰富,天然多孔矿物的资源特性和环境属性非常适合于我国土壤环境的改良和修复的应用条件,也受到国内研究者的广泛重视,未来天然多孔矿物必将对农业绿色和谐发展和地球环境科学发展产生重大影响。


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