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《废弃岩棉变身新型高效重金属修复剂》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 姜山
  • 发布时间：2018-01-31

  • 科技日报讯 （记者吴长锋）记者从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，该院技术生物所吴正岩研究员课题组，利用废弃岩棉研制出一种高效去除水体和土壤中重金属的新型修复剂，这一成果对于促进建筑废弃材料的循环利用，保障环境和粮食安全具有重要意义。相关成果日前被化工领域权威期刊《化学工程杂志》接收发表。

    电镀、矿山采选等工业活动引发了区域性水体和土壤铬污染，导致粮食铬超标现象时有发生，严重威胁人体健康，成为我国农业及环境领域亟待解决的关键问题。目前，通常采用纳米铁等还原剂将高毒性六价铬还原为低毒性三价铬，但由于纳米铁易团聚，严重影响其还原效率，因此常利用载体材料提高纳米铁的分散性。然而，这些载体存在不同程度的成本高、工艺复杂问题，大大限制了该方法的广泛应用，成为铬污染治理领域的关键技术瓶颈，急需研发低成本、高效率载体材料。

    而岩棉是一种常用的无机建筑材料。我国每年产生大量废弃岩棉，它们通常被直接堆积或掩埋，不仅占用大量空间，而且造成了一定的环境污染。

    科研人员对废弃岩棉进行系列物化改性，制备出具有大量微纳孔隙及功能基团的载体材料。该材料可大幅提高纳米铁的分散性，其装载纳米铁制备出新型重金属修复剂。该修复剂可高效抓取并还原六价铬，控制其迁移，从而抑制作物对铬的摄取，提高粮食安全性。同时，科研人员将该修复剂作为滤芯研制出新型过滤系统，为含铬工业废水处理提供轻简化解决方案。该方法工艺简单、成本低、可重复利用，为水体和土壤重金属污染治理提供了有效技术供给，同时为废弃岩棉循环利用提供了一种新途径。

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  • 《土壤重金属污染修复研究进展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-08-22
    • 摘要：本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况，并深入研究了各项修复处理技术，为更细致全面地掌握各项修复处理技术，今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。 关键词：土壤；重金属；污染；修复 过量的重金属元素进入土壤环境，导致了多种多样的生态环境问题，并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧，社会各界对此问题的关注度逐渐提高，对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此，本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析，望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。 1 现状分析 目前国内土壤重金属的污染中，含量超标重金属元素主要包括：镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡，造成土壤退化，威胁粮食安全，而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件，日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示，镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为：4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年，我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出，注重重点区域内土壤污染问题防治工作，必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。 2 修复技术研究 2.1 物理修复技术 2.1.1物理工程专项修复技术 常见方法包括：深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土，指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层；去表土，指将已被污染表层土移去；换土，指将污染土壤移除掉，将未被污染土壤填入其中；深耕翻土，指把表面被污染土壤翻到底部；以上方法当中，只有前三种适用于重度污染区域；深耕翻土修复技术工程量相对较小一些，适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术，其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大，不仅修复的费用投入较多，且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头，往往是很难达到治标治本作用。 2.1.2电热修复技术 电热修复技术，主要指借助高频电压产生电磁波，提高土壤温度，将土壤中易挥发性的污染物解吸出来，再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用，虽具有较好地修复处理效果，但费用相对较为昂贵，且工程量巨大。 2.1.3电动修复技术 电动修复技术，主要指土壤中重金属离子在电场作用下，以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动，重金属离子在电极处富集，再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术，比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域，实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验，效果相对较好。 2.2 化学修复技术 2.2.1化学萃取修复技术 化学萃取修复技术，主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是，该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂，且费用相对较高，极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳，且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂，这是今后研究的重点及热点问题。 2.2.2离子拮抗修复技术 在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高，为更好地抑制其生物有效性，一般会通过添加一些其它的物质，以达到离子拮抗修复作用，如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质，把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中，是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性，但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移，易造成二次污染。 2.2.3化学改良修复技术 化学改良修复技术，主要指向土壤中添加适量化学改良剂，促使土壤理化性质发生变化，提高土壤对重金属吸附、鳌合能力，从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是，大部分改良剂均会存在一定的限制范围，如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制；无机废气物质改良剂可抑制植物的生长，影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等；有机固体废弃物相应的改良剂，会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加；天然提取类高分子化合物，该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭（bio）是一种新型的土壤修复材料，是生物质在缺氧环境中，经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好，具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团，且可以长期稳定地存在于土壤中，因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂，尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力，在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。 2.3 生物修复技术 2.3.1微生物化修复技术 微生物修复技术，主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物，其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物，从而固定土壤中重金属，微生物还可以改变根际微环境，降低重金属的毒性，提升植物对于重金属实际去除率。 2.3.2植物修复技术 植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术，包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取，指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分，通过收割植物地上部分集中处理，去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是，绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢，且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中；植物挥发，主要借助植物根系分泌的一些特殊物质，不断吸收土壤中重金属，将其转化成气态释放出去。但是，该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相，极易出现二次污染。植物稳定，主要指通过植物根系的吸收、还原作用，降低土壤中重金属的生物有效性，逐渐惰化重金属，固定于根系或根际土壤中，降低对人类健康的污染风险。 2.4 联合修复技术 因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前，多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括：化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等，需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择，以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。 3 结语 通过以上分析论述，我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等，均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术，开展土壤中重金属的污染修复工作，还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去，多积攒更为丰富地实践工作经验，以便于充分发挥各项修复技术应用优势，确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。
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  • 《论重金属污染土壤修复技术发展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2018-12-07
    • 北极星环境修复网讯:摘要：当今社会的不断发展带来了各种各样的污染，土壤污染已成为全球性的环境问题之一。土壤是人类生产生活的重要物质，重金属污染在土壤污染中占有很大比重，土壤大面积污染极大程度地影响了我国可持续发展目标的实现，如何有效解决我国重金属土壤污染的问题显得至关重要。鉴于此，本文结合重金属污染土壤修复技术的研究现状，从而提出相关改进对策，以期进一步推动土壤修复技术的改革发展进程。 关键词：重金属；土壤污染；土壤修复技术 土壤是大自然中非常重要的一部分，也是我们能类生活必不可少的组成部分，属于不可再生资源，对土壤的合理利用关系着我们的发展。近些年来，随着社会经济的高速发展和人类活动的逐渐增多，使得土壤污染的面积越来越大，危害越来越严重，极大地影响了我国可持续发展的目标。目前，我国重金属污染的土壤约2000万公顷，严重破坏了部分地区的生态系统。土壤重金属污染不仅使农作物的质量下降，还影响到了我们生活的方方面面。面对我国土壤重金属污染的严峻形势，对土壤修复技术的研究已经刻不容缓。土壤修复技术作为一门新型的技术，它的发展必将影响我们生活，影响国家的可持续发展。 一、重金属污染土壤修复技术的内涵 重金属污染土壤修复技术是指利用物理，化学和生物的方法，转移、吸收或者降解土壤中的重金属污染物，使污染物的浓度降低到一定水平，从而将有害的物质转化为无害物质的过程。污染土壤修复技术起源于20世纪70年代后期，中国的污染土壤修复技术起步较晚，与发达国家存在较大的差距。但有些修复技术在现阶段已经取得了比较好的效果，对污染土壤进行修复，可以保护人体的身体健康，同时促进土地资源的可持续发展。 二、重金属污染土壤修复技术的研究现状 1.重金属污染土壤的生物修复技术 生物修复技术是指利用植物或者微生物的生命代谢来吸收并降解重金属污染物，从而将有害物质转化为无害物质的过程。生物修复技术可以分为微生物修复、植物修复和动物修复三种，其中最为常用的是微生物修复。生物修复技术在我国为主要的土壤修复技术，这种技术在进入21世纪后快速发展，成为绿色能源技术的一种。 这种修复技术相比于其他的不易产生二次污染，可以用于大面积重金属污染土壤的修复。同时这种技术高效，消耗的能量较少，比较安全，已经成为土壤修复技术的主要部分。 2.重金属污染土壤的物理修复技术 重金属污染土壤的物理修复技术是指通过各种物理过程将重金属污染物土壤中分离的过程，其中热处理技术为如今比较广泛应用的技术。物理修复技术主要包括热脱附技术和土壤蒸气浸提技术以及超声波加热技术。热脱附技术是指直接或间接的热交换，将土壤中的重金属污染物加热到足够的温度，使污染物与土壤相互分离的过程。但这种技术设备价格昂贵，处理成本过高，暂时还无法进行普遍的应用。蒸气浸提技术是指将新鲜的空气通过注射进入重金属污染区域，将污染物进行一系列的处理，然后排放到空气中进行循环使用的过程。这种技术成本低，可操作性强，是一种应用前景比较广泛的技术。超声波加热技术是指利用超声波现象所产生的各种效应产生各种作用而使重金属污染物彻底被清除的过程，它也可以修复石油污染的土壤。 3.重金属污染土壤的化学修复技术 重金属污染土壤的化学修复技术相比于物理技术发展较早，主要有土壤固化、淋洗技术以及光催化降解技术等等。淋洗技术是指将水或含有冲洗助剂的水溶液等注入到被污染的重金属土壤中，洗脱污染土壤中的污染物的过程。该技术需要水源，成本比较高，但它也是防止二次污染的重要研究课题。光催化降解技术是一种新型的技术，它是指利用辐射、光催化剂在反应体系中的反应将土壤物中的重金属污染物进行降解的过程。这种技术可以应用于农药等有机土壤污染的修复技术，是一种发展前景较好的技术。 三、改善重金属污染土壤修复技术的策略 1.根据不同地区土壤重金属污染严重程度采用不同的策略 根据多种资料显示，土壤重金属污染程度在不同的地区情况不同。在一些工矿企业、废弃物堆场以及城乡结合部附近土壤重金属污染比较严重，因此我们应该根据土壤重金属污染的程度采取相应的策略，最大程度上得去进行污染重金属土壤的修复。在我们的生活中，我们的方方面面都和土壤有关，但随着生活水平的不断提高，一些工厂以及不良企业为提升自己的自身的效益大肆的污染环境，重金属土壤污染的主要来源就是这些工厂以及企业冶炼过程中排放的废气以及工业废水的排放等。其次还有一些农田的污染，对于污染比较严重的农田，我们可以采用植物、微生物技术对其进行修复处理。可以根据实际情况针对污染程度的差异，采取不同的措施。也可以根据污染物形态的生物可利用调控原理来降低污染物，实现农产品的安全生产。对于一些中低程度的重金属土壤污染，应该加强修复工作的研究，构筑良好的土壤环境，为我们的生产生活提供良好的基础，促进土壤的可持续发展，从而促进社会的可持续发展。 2.土壤重金属污染缓解机理的改进 在经济社会快速发展的今天，环境污染越来越严重，环保已经成为当下时代的主题。土壤的保护也是一个非常重要的话题。我们在开发新的土壤重金属污染修复技术的同时，不让污染缓解机理研究也是土壤修复研究领域的热点。通过研究表明，土壤是一个开放复杂的非均匀体系，影响因素非常多，但我们对于污染物影响土壤的过程知之又少。因此，对于土壤污染缓解机理的研究是非常必要的。目前的研究主要集中于图上的老化效应、根际效应、固定或活化作用以及微生物效应。老化效应是指有机物分子从易解吸区分配到缓慢或极缓慢解吸区的过程。微生物效应是指通过微生物影响土壤中污染物的毒性，达到对土壤中污染物的修复，目前的微生物修复技术已经相当成熟，在多种有机物污染的治理中达到了非常好的效果。 3.加强重金属污染土壤修复技术的研究 我国的土壤修复技术起步比较晚，尽管已经开展多年，但根据以往的研究成果，重金属污染土壤的修复技术大多只局限于实验室的水平。即使有少部分的修复工作获得成功，也因成本过高等问题无法进行大范围的推广。所以要想使土壤中的污染物降低到一定程度，目前的土壤重金属污染物修复技术还达不到这种要求，这就要求我们开展修复技术的研究，尽最大程度使得土壤修复取得比较理想的效果。目前使用比较多的是物理化学以及生物等单方面的修复技术，而复合污染是目前土壤污染的重要特征。针对这一特征，对复合污染的修复技术非常重要，这种技术也将成为今后研究的重点。除此之外，无论是单一的修复还是复合修复，我们都要注意修复剂带来的二次污染问题，有效地解决修复剂带来的污染也是当下研究的重点。同时在对土壤进行修复的时候要注意对农作物生产力的影响。我们应该在修复的同时减小对土壤结构和肥力的影响，减小对生产力的影响。 总结： 随着社会的不断发展，经济的发展固然重要，环境的保护也是刻不容缓。当前土壤重金属污染的危害越来越受到人们的重视，污染土壤的修复技术也引起了人们的高度重视。重金属污染土壤的修复是以去污染，再利用等为目的，减小土壤重金属污染对生活造成的危害。国际上，重金属污染土壤的修复体系已经基本形成。发展我国土壤修复技术与设备，不仅是土壤保护和环境保护的问题，也是为了只有我国的这一新兴产业尽快融入国际竞争的需要。
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