用納米材料修復(fù)污染土壤

王詩(shī)堃　謝慶裕

土壤污染問(wèn)題日益得到重視。近期，我國(guó)科學(xué)家針對(duì)酸性土壤重金屬污染修復(fù)的研究取得重要進(jìn)展，為治理酸性土壤和重金屬污染提供一種新思路：利用黏土、生物炭等天然材料制備出一種復(fù)合納米材料，材料呈多孔納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠固定土壤中鹽基陽(yáng)離子，提高土壤pH值，從根本上修復(fù)酸性土壤，還能夠還原、吸附土壤中的重金屬離子。據(jù)悉，該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)先適用于農(nóng)田地塊，可使植物中六價(jià)鉻的富集量降低60%。另外，經(jīng)濟(jì)上，這項(xiàng)材料畝均成本只要10元～30元，且使用便捷。相關(guān)成果以論文形式刊登于美國(guó)化學(xué)會(huì)綠色化學(xué)領(lǐng)域核心期刊《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》。

該課題組的負(fù)責(zé)人吳正巖告訴記者，該材料可以針對(duì)不同環(huán)境和土壤類型調(diào)整配方，以適用于礦山、工業(yè)用地、農(nóng)田等條件。目前課題組發(fā)表的文章和專利中的技術(shù)優(yōu)先適用于農(nóng)田地塊。同時(shí)，課題組正在研發(fā)工業(yè)重金屬?gòu)U水源頭治理技術(shù)以及有機(jī)肥中重金屬修復(fù)技術(shù)，重點(diǎn)治理對(duì)象為鉻、鎘、銅、砷等，預(yù)計(jì)1～2年后研發(fā)成功。

同時(shí)修復(fù)酸性土壤和重金屬污染

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，含重金屬的污染物通過(guò)灌溉、干濕沉降等多種途徑進(jìn)入土壤，造成土壤中重金屬富集。其不但影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，而且涉及大氣和水環(huán)境質(zhì)量，并可通過(guò)食物鏈危害人類和動(dòng)物的生命和健康。

目前，全世界平均每年排放汞約15000噸，銅約340萬(wàn)噸，鉛約500萬(wàn)噸，錳約1500萬(wàn)噸，鎳約100萬(wàn)噸。在我國(guó)，長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，以及東北老工業(yè)基地等區(qū)域，都面臨著土壤污染問(wèn)題。

針對(duì)這一世界性難題，日前，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所吳正巖課題組，利用黏土、生物炭等天然材料制備出一種復(fù)合納米材料，能提高土壤pH值，從根本上修復(fù)酸性土壤。

與此同時(shí)，這種材料可以有效控制六價(jià)鉻的遷移，將六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻，降低農(nóng)作物對(duì)六價(jià)鉻的富集，有效緩解六價(jià)鉻污染。

據(jù)了解，鉻在自然環(huán)境中最常見(jiàn)的價(jià)態(tài)是三價(jià)和六價(jià)，而六價(jià)鉻的毒性遠(yuǎn)高于三價(jià)鉻。特別是六價(jià)鉻被人體吸入后可能具有致癌性，而一般認(rèn)為三價(jià)鉻毒性較小或無(wú)顯著毒性。六價(jià)鉻可以透過(guò)細(xì)胞膜刺激皮膚，使皮膚過(guò)敏，并對(duì)食道、呼吸道造成損害，通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)富集，引發(fā)一系列病變，嚴(yán)重威脅人類健康。

近年來(lái)，隨著冶金、金屬加工、制革、顏料和有機(jī)合成等行業(yè)的發(fā)展，鉻及其化合物被廣泛應(yīng)用，隨之而來(lái)的大量含鉻廢水、廢氣及廢渣被排放到環(huán)境中，引發(fā)環(huán)境問(wèn)題。2014年由環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中，鉻的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)1.1%。

新型修復(fù)材料成本低使用方便

吳正巖向記者簡(jiǎn)要地介紹了制備這種復(fù)合納米材料的方式：首先需要將原材料進(jìn)行重力分層和輻照處理；然后進(jìn)行有機(jī)修飾，并按照一定比例進(jìn)行復(fù)配；最后進(jìn)行篩分、造粒和分裝，得到重金屬修復(fù)劑產(chǎn)品。

據(jù)了解，這種新型的土壤修復(fù)材料畝均成本只要10元～30元，修復(fù)過(guò)程直接融入耕種流程之中，使用便捷。另外相較于傳統(tǒng)修復(fù)方法，效率也有提高。另外這種材料易于加工，可制成粉劑、液劑或顆粒劑。

這項(xiàng)技術(shù)的效果在實(shí)驗(yàn)中已得到初步驗(yàn)證。在盆栽試驗(yàn)（指用盆缽栽培作物進(jìn)行農(nóng)業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，常用于模擬環(huán)境污染物對(duì)植物的危害）中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，使用這種修復(fù)材料，可以有效降低玉米對(duì)六價(jià)鉻的攝取，對(duì)葉片的高度、葉綠素含量和玉米根長(zhǎng)有積極的影響。

吳正巖告訴記者，除了盆栽試驗(yàn)外，研究團(tuán)隊(duì)還做了面積約為10平方米的小區(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明，該技術(shù)可以使植物中六價(jià)鉻的富集量降低60%。他同時(shí)表示，今年將在江西、湖南、浙江等地進(jìn)行大田試驗(yàn)。

值得注意的是，在2014年，吳正巖團(tuán)隊(duì)即已申請(qǐng)了“一種修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料及修復(fù)劑”專利。吳正巖告訴記者，這項(xiàng)專利與其新近發(fā)表的論文的技術(shù)相似，僅在配方和生產(chǎn)工藝存在一定差別。具體而言，論文中所述的是酸性土壤六價(jià)鉻修復(fù)劑，而專利中的六價(jià)鉻修復(fù)劑適用于普通土壤（即對(duì)土壤類型沒(méi)要求）。

吳正巖介紹，酸性土壤大約占世界不凍土的30%，它能夠造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，而且會(huì)激活重金屬離子，加劇重金屬對(duì)人體的危害和對(duì)環(huán)境的污染，已經(jīng)成為我國(guó)乃至世界農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

廣東：分類施策試點(diǎn)治理土壤污染

同樣受到土壤污染困擾的廣東，近年來(lái)將重金屬污染防治與土壤污染治理相結(jié)合，在重金屬污染綜合防治、土壤污染調(diào)查、污染土壤治理修復(fù)試點(diǎn)示范等方面已開(kāi)展一系列工作，并取得初步成效。

作為14個(gè)重金屬污染防治重點(diǎn)省份之一，廣東在“十二五”重金屬污染防治考核中被評(píng)為良好等級(jí)。截至2015年，全省鉛、汞、鎘、鉻、砷等主要重金屬排放量分別較2007年減少28.2%、20.4%、22.2%、17.9%和28.5%，7個(gè)重點(diǎn)防控區(qū)已有5個(gè)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)重金屬排放量比2007年減少15%的目標(biāo)，非重點(diǎn)防控區(qū)全部實(shí)現(xiàn)了2015年排放量不超過(guò)2007年的目標(biāo)。

廣東省環(huán)境科學(xué)研究院總工程師肖榮波表示，土壤污染治理是長(zhǎng)期的過(guò)程，國(guó)家“土十條”和去年底省政府印發(fā)的《廣東省土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》都把安全利用率作為土壤污染防治的一個(gè)核心指標(biāo)。該指標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是污染土壤采取治理措施后，風(fēng)險(xiǎn)得到防控并能安全利用。例如輕度、中度污染耕地可以通過(guò)農(nóng)藝調(diào)控、替代種植得以重新安全利用。根據(jù)環(huán)保部數(shù)據(jù)，全國(guó)耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，廣東這個(gè)比例會(huì)更高一些。根據(jù)實(shí)際，廣東把全省2020年和2030年的污染地塊安全利用率的階段目標(biāo)分別定在90%和95%。