納米羥基磷灰石在重金屬污染土壤治理中的應(yīng)用

劉燕

【摘要】文章簡要分析了重金屬對土壤造成的污染，并通過一系列針對納米羥基磷灰石治理重金屬土壤的研究實(shí)例，論證了納米羥基磷灰石在治理重金屬污染土壤中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】納米羥基磷灰石；重金屬污染；治理

伴隨著生態(tài)環(huán)境問題的深化，土壤重金屬污染形勢也日趨嚴(yán)峻，現(xiàn)階段針對土壤重金屬污染而展開的研究和治理，已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境治理中的重點(diǎn)內(nèi)容。在此背景下，大量土壤污染的治理方法紛紛涌現(xiàn)，其中包括應(yīng)用納米羥基磷灰石對重金屬污染土壤的治理，以下對該方法的應(yīng)用情況進(jìn)行深入分析。

一、重金屬對土壤造成的污染

（一）重金屬土壤污染特點(diǎn)

大部分重金屬屬于過渡性元素，具有過渡性元素的共同特征即電子層結(jié)構(gòu)，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)導(dǎo)致重金屬對土壤產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)凸顯出以下幾種特點(diǎn)：①作為一種中心離子，重金屬可以接受大多數(shù)簡單分子以及陰離子的獨(dú)對電子，從而生成配位絡(luò)合物。簡單來說，就是重金屬在水中的溶解度增大，擴(kuò)大了其污染范圍；②重金屬還具備可變價態(tài)，能夠在特定幅度內(nèi)產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，并且針對具有不同價態(tài)的重金屬，會產(chǎn)生不同程度的毒性和活性；③重金屬處于土壤環(huán)境中，較容易產(chǎn)生水解反應(yīng)，從而形成毒性氫氧化物造成污染。

（二）重金屬土壤污染危害

重金屬主要通過以下幾種方式造成土壤污染：①通過外界環(huán)境變化而進(jìn)行傳播污染，包括在土壤中施加添加劑、酸雨等，加強(qiáng)了重金屬的活性以及其對生物產(chǎn)生的有效性，促進(jìn)了植物對重金屬的吸收，進(jìn)而對人體和動物產(chǎn)生危害；②通過暴露的土壤間接對人體和動物產(chǎn)生危害；③借助雨水的滲透作用，浸入土壤深層從而對地下水造成污染。

二、納米羥基磷灰石在重金屬污染治理中的應(yīng)用

（一）納米材料在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

納米實(shí)際上是一種度量單位，一納米等于百萬分之一毫米，也就是一毫微米。而作為納米材料來講，其主要由納米粒子組合而成。通常情況下，納米粒子是指尺寸為一至一百納米之間的細(xì)小結(jié)構(gòu)，正是由于其具備尺寸小且大表面等特殊性效果，因此將其獨(dú)有的特點(diǎn)集中展現(xiàn)出來，譬如：導(dǎo)電、熔點(diǎn)、光學(xué)、磁性、導(dǎo)熱等等，一般情況下納米材料的各項(xiàng)特點(diǎn)與其整體所表現(xiàn)出來的性質(zhì)有所不同。充分利用納米材料的特殊性性能，不僅能夠有效仿制出自然界的所存在的材料，還能夠通過人工合成技術(shù)研發(fā)出自然界中不存在的新材料，并且憑借納米工藝將一系列新型材料投入到各個領(lǐng)域的應(yīng)用中。

（二）羥基磷灰石物理及化學(xué)性質(zhì)

羥基磷灰石又名為羥磷灰石，屬于鈣磷灰石的自然礦化形式，該物質(zhì)的化學(xué)方程式為Ca10（PO4）6（OH）2，屬于六方晶體，處于P6/m空間群內(nèi)，具體晶胞參數(shù)為：a=β=90°，a=b=0.943～0.938nm，c=0.688～0.686nm，r=120°。其中單位晶胞中含有Ca2+十個、OH兩個、PO43六個。在其結(jié)構(gòu)中具有兩種Ca2+位置，各是配位數(shù)為七的Ca（Ⅱ）位置與配位數(shù)為九的Ca（Ⅰ）位置，在這其中磷氧四面體足依靠共面或者共角頂?shù)腃a（Ⅱ）、Ca（Ⅰ）從而有效將其多面體進(jìn)行連接。在此過程中Ca（Ⅱ）磷氧多面體緊緊圍繞六次螺旋軸均勻分布，從而構(gòu)成平行的C軸形式的結(jié)構(gòu)通道。然而由于Ca（Ⅱ）、Ca（Ⅰ）具有不同的位置價鍵和半徑，所以，將二價陽離子介入后將會形成位置的選擇性，從而產(chǎn)生一系列有序的超結(jié)構(gòu)，另一方面，通過以上環(huán)節(jié)能夠?qū)ζ渲懈黜?xiàng)半徑所涵蓋的二價金屬離子具有較為廣泛的收容性。

（三）納米羥基磷灰石在重金屬污染治理中的應(yīng)用

大部分專家學(xué)者對納米羥基磷灰石相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究，并以此為基礎(chǔ)延伸出了納米羥基磷灰石在重金屬吸附能力以及機(jī)制等方面的研究。通過國內(nèi)外專家學(xué)者的不斷探索發(fā)現(xiàn)，納米羥基磷灰石能夠連續(xù)對水溶液中所含帶的鋅離子與銅離子進(jìn)行吸附。在此過程中，鋅離子與銅離子的吸附率分別為94%～97.8%以及97.2%～98.3%。與較為單一的金屬吸附相對比而言，Zn與Cu處于這兩種金屬體系之中其吸附能力會受到這兩種金屬的的影響，從而導(dǎo)致吸附性有所降低，分別降低10%～62%h和12%～75%。鋅離子與銅離子的具體固定過程可以分為以下幾個方面：①在納米羥基磷灰石表層的特殊位點(diǎn)實(shí)施表層的絡(luò)合配位；②鈣離子與銅鋅離子之間發(fā)生離子相互交換，并且形成含帶重金屬成分的納米羥基磷灰石沉淀。在運(yùn)用納米羥基磷灰石進(jìn)行含重金屬廢水的處理過程中，還需要充分考慮納米羥基磷灰石對于復(fù)合重金屬污染物處理的效率問題。

同時，還有部分科研人員針對納米羥基磷灰石在處理污水淤泥污染物方面的功能進(jìn)行了探究，研究的主要內(nèi)容為污水淤泥中Ni2+和Zn2+的遷移能力，通過一系列實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用納米羥基磷灰石分別處理粘土、泥炭及砂壤這三種污水淤泥過程中，土壤的性質(zhì)直接影響到Zn2+遷移淋溶，而與此不同的是Ni2+的遷移淋溶幾乎不受土壤性質(zhì)牽連。由此實(shí)驗(yàn)研究可知，納米羥基磷灰石在處理污水淤泥過程中，不能夠持續(xù)有效的抑制砂壤中的Ni淋出，同時特?zé)o法有效減弱泥炭和粘壤中Ni2+與Zn2+的淋出。

另外，對于納米羥基磷灰石處理重金屬污染方面，相關(guān)科研人員還進(jìn)行了Pb2+和Ca2+的離子交換能力研究，該研究發(fā)現(xiàn)土壤中CaHAP含量的顆粒大小對于Pb2+和Ca2+離子交換能力有著極大的影響。在此基礎(chǔ)之上，程世寶以及朱永官等科研人員還對6種含磷成分的礦石，在對土壤中的Pb2+進(jìn)行處理過程中的現(xiàn)象展開了研究。通過實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，含磷的礦石在處理Pb污染程度為中等的土壤時具有較好的成效，能夠有效降低Pb的污染，具體來說也就是在很大程度上降低由于Pb長期累積在植物中，而對人體健康造成的潛在威脅。在被Pb污染的土壤中施入含磷類礦物質(zhì)，不僅能夠使Pb的離子交換形態(tài)發(fā)生改變還會使土壤的PH產(chǎn)生變化，而這一系列變化反應(yīng)可以對Pb在植物幼株中發(fā)生的濃度變化做出解釋。因此可以說，通過以上實(shí)驗(yàn)研究可以證實(shí)納米羥基磷灰石在處理Pb污染土壤時，效果最佳。

結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對納米羥基磷灰石的研究，不斷改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)研究方法，有效開發(fā)出納米羥基磷灰石在治理土壤污染方面的更多功能，為重金屬土壤的污染治理提供充足、有效的環(huán)境材料，以及數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

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