沸石竟然是它的克星,！作為環(huán)境最強五“毒”之一的鎘究竟有多可怕？

天外來客142857 2022-06-17 發(fā)布于北京

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鎘作為環(huán)境中毒性最強的5毒（汞,、鉛,、鎘、砷,、鉻）元素之一,，是一種積累性的劇毒元素，土壤鎘污染不僅會對作物產生危害,，還可通過“鎘米”,、“鎘菜”等食物鏈途徑進入人體，危害人體健康,；同時由于鎘在土壤中不易遷移,，其對土壤污染是一個不可逆轉的過程，土壤一旦受到鎘污染就很難恢復,，因此對鎘污染土壤修復研究目前仍是環(huán)境領域內的熱點問題,。

沸石作為一種多孔的鋁硅酸鹽礦物，具有顆粒小,、吸附性強,、內外比表面積大、表面負電荷豐富等特點,，對重金屬離子具有較強的吸附能力和離子交換能力,，因此被廣泛應用于環(huán)境重金屬污染修復。近年來,，國內外研究學者通過試驗證明,，沸石對土壤鎘污染中有著非常好的修復效果，并具有較強的穩(wěn)定性,，因此可以更大限度地減少土壤的鎘污染風險,。

觸目驚心的鎘污染

鎘是環(huán)境中毒性最強的重金屬元素之一，位于元素周期表中第二副族,，也是《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》重點監(jiān)控與污染物排放量控制的5種重金屬之一,；具有生物遷移性強、極易被植物吸收和積累等特點，對動植物和人體均可產生巨大的毒害作用,，嚴重時甚至會造成骨痛病,、高血壓、腎功能紊亂,、肝損害,、肺水腫等疾病。

鎘污染的危害（植物,、人體）

鎘在土壤中具有移動性差,、毒性強的特點，因而,，重金屬污染土壤之后,，就有可能導致重金屬等有害物質在農作物體內富集。鎘不是植物生長所必需的營養(yǎng)元素,，當鎘進入植物體內并積累到一定程度時，就會通過影響植物的生長發(fā)育,、抑制植物的呼吸作用和光合作用,、減弱植物體中的酶活性、降低植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量等途徑來影響植物的產量,、品質和安全,，從而間接地危害人類的健康。

鎘同樣不是人體所必需的元素,，主要通過影響人體的心血管系統(tǒng)而使人體免疫力下降,。鎘屬于肺癌的致癌物之一，同時其還是典型的環(huán)境激素類物質,，對人類生殖系統(tǒng)造成損傷,，對胚胎發(fā)育也有一定的毒性。

據統(tǒng)計,，我國每年生產的鎘含量超標農產品和畜牧養(yǎng)殖產品造成累積性毒害品達146萬t,，鎘污染的農田面積已超過28萬公頃，我國市場上常見的市售大米約10%存在鎘超標,，對環(huán)境經濟和人類的身體健康造成了極大的隱患,。近年來，湖南瀏陽,、云南曲靖以及廣西河池地區(qū)先后發(fā)生的鎘污染事件造成了極大的影響,，因此控制鎘污染，加大對鎘污染土壤修復力度已經勢在必行,。

沸石修復土壤鎘污染的機理

在過去,，鎘污染土壤修復的復雜性和高難度使得研究人員難以找尋到一種真正穩(wěn)定、高效的修復技術來有效降低、消除土壤中的鎘含量,，并且在傳統(tǒng)處理技術中,，存在著成本昂貴、工程量巨大,、二次環(huán)境污染等問題,。沸石對重金屬離子具有較強的吸附能力和離子交換能力，貴州省農科院土壤肥料研究所黃興成通過研究證明,，沸石對土壤pH的影響適中,，即便作為土壤鎘污染修復材料，也不會對土壤產生二次污染,，因此比其他常規(guī)修復材料更適用于鎘污染修復中,，且具有修復效率高、見效時間長,、經濟方便等綜合經濟,、生態(tài)效益。

國內外環(huán)境研究領域通過大量試驗證實了沸石對土壤鎘優(yōu)秀的修復作用,，小編通過對相關文獻資料查閱,，并結合前人試驗研究，對沸石修復土壤鎘的機理總結如下：

（1）沸石本身獨特的架狀結構對重金屬具有吸附固定和離子交換作用,。Castaldi和Madrid等研究人員提出,，沸石可通過硅氧四面體和鋁氧八面體結構，對溶液中的重金屬產生較強的離子交換與吸附效果,，進而降低重金屬的影響,。并且，由于沸石空間結構呈網架狀,，構架中有相互連接的孔穴和孔道,，孔穴通過開口的孔道彼此相連，具有較強的吸附性,。另一方面,，在沸石的四面體結構中，因鋁離子取代硅離子所造成的負電荷由 Na+,、Ca2+,、K+ 和 Mg2+ 等平衡，而這些陽離子和鋁硅酸鹽的結合性極弱,，具有很大的流動性,，極易與周圍陽離子發(fā)生離子交換，這使得沸石具有較強的離子交換能力,。綜上因素,，可以讓沸石對鎘等重金屬離子具有非常強的吸附固定能力。

（2）沸石對土壤pH值和陽離子交換量的提高。沸石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。另一方面,，沸石作為堿金屬和堿土金屬的架狀鋁硅酸鹽礦物,，含有大量的 Na+、K+,、Ca2+,、Mg2+ 等離子，施入土壤中這些陽離子易與土壤溶液中H+和Al3+離子發(fā)生交換反應,，使土壤水解性酸和代換性酸含量降低,，從而提高了土壤 pH 值，pH的提高一方面使土壤中黏土礦物,、水合氧化物和有機質表面的負電荷也增加,，增強對鎘的吸附能力；另一方面,，土壤pH值升高時H+濃度減小,，也降低了 H+和鎘在吸附點位上的競爭。因此,，施用沸石可使土壤pH值和土壤陽離子交換量提高，從而導致土壤鎘有效性降低,，且沸石施用量越高,，對土壤pH值和陽離子交換量的提高效果越明顯，土壤鎘有效含量也越低,。

沸石修復土壤鎘污染的試驗成果

目前,，經國內外研究證實，在土壤中施用沸石對土壤重金屬鎘有良好的修復效果,。Mahabadia等人研究表明,，天然沸石對土壤鎘有穩(wěn)定的吸附作用，其通過試驗證實,，當沸石添加量為15%時,，對土壤鎘的吸附效果最佳，土壤滲濾液中鎘的濃度低于0.1 mg/L,。王秀麗等人通過研究結果表明，沸石施入土壤中還可降低土壤可交換態(tài)鎘含量，促進可交換態(tài)鎘向活性更低的碳酸鹽結合態(tài),、鐵錳氧化物結合態(tài),、有機態(tài)和殘渣態(tài)鎘轉化。

熊仕娟等人將沸石應用于土壤鎘污染修復，結果表明,，無論是室內培養(yǎng),、土培還是大田試驗，沸石對土壤鎘的修復效果均優(yōu)于其他修復材料,。并且通過大白菜土培試驗發(fā)現(xiàn),，沸石處理使土壤可交換態(tài)鎘含量降低了3.9%~41.2%，使大白菜各部位鎘含量降低10.5%~65.7%,。

北京市密云縣農業(yè)技術推廣站開展了沸石對土壤鎘及番茄生物量的影響試驗,，結果證明，沸石添加量與抑制土壤鎘的效果影響較大,，亦對種植番茄中的鎘含量有較大影響,。并且試驗證實，沸石的加入使高于常態(tài)量的鎘造成的土壤酸化有所緩解,，使番茄葉片葉綠素含量因鎘含量異常而減弱的光合作用有所恢復,，緩解了鎘對番茄生長發(fā)育的不利影響，進而保證番茄果實產量增加,。

目前,，我國土壤重金屬污染問題嚴重，每年因重金屬污染的糧食高達1200萬t,，造成的直接經濟損失超過200億元,。鎘污染是最嚴重的重金屬污染物之一，對其防治修復仍然是一個世界性難題,。而沸石作為鎘污染的一大“克星”,，具有在修復鎘污染過程中避免二次污染、高效實現(xiàn)大面積污染區(qū)域修復,、提高作物產量等優(yōu)勢,，因此在當前土壤修復領域中具有非常廣闊的發(fā)展前景與技術潛力。

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