摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)土壤鈍化劑對(duì)鎘固定效果差，在酸雨條件下易重新釋放鎘造成二次污染的問題，提出一種新型復(fù)合改性膨潤土鈍化劑的制備。首先通過對(duì)含鎘水溶液進(jìn)行處理，分析復(fù)合改性膨潤土對(duì)鎘離子的吸附-脫附行為。然后對(duì)鎘污染盆栽土壤進(jìn)行處理，探究復(fù)合改性膨潤土對(duì)土壤的改良效果。結(jié)果表明：經(jīng)過復(fù)合改性膨潤土處理的鎘污染土壤，內(nèi)部可被植物利用吸收的離子交換態(tài)含量降低，不易被吸收的鐵錳氧化結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)含量增加。在模擬酸雨條件下，2種環(huán)境浸出液中鎘含量均低于0.2 mg/kg，鎘固定效果良好，可改良污染土壤，同時(shí)避免二次污染。

關(guān)鍵詞：生態(tài)修復(fù)；改性膨潤土；土壤改良；鎘固定效果

中圖分類號(hào)：TQ042 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2025）03-0123-04

Experimental study on sodiumPreparation and applicationtest of ecological restoration of a modified bentonite passivator

LIU Mengwei 1，2 ，BAI Guoliang

1，2 ，SANG Sheng 1，2 ，ZHOU Yuan 1

（1. CCTEG Ecological Environment Technology Co.，Ltd.，Beijing 100020，China；

2. CCTEG Beijing Academy of Land Renovation and Ecological Restoration Technology Co.，Ltd.，Beijing 100020，China）

Abstract：In order to solve the problem that the traditional soil passivator has poor cadmium fixation effect and iseasy to re-release cadmium under acid rain conditions，resulting in secondary pollution，a new composite modifiedbentonite passivator preparation was proposed. Firstly，the adsorption-desorption behavior of cadmium ions by com?posite modified bentonite was analyzed by treating the cadmium-containing aqueous solution. Then，cadmium-con?taminated potting soil was treated to explore the effect of composite modified bentonite on soil improvement. The re?sults showed that the content of the ion-exchange state that could be absorbed by plants decreased， and the contentof iron-manganese oxidation bound state and humic acid bound state that was not easily absorbed increased. Undersimulated acid rain conditions，the cadmium content in the leaching solutions of the two environments was less than0.2 mg/kg， and the cadmium fixation effect was good， which could improve the polluted soil and avoid secondary pol?lution.

Key words：environmental remediation；modified bentonite；soil improvement；cadmium fixation effect

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，大量含重金屬的廢水排放，對(duì)水體和土壤的污染也愈加嚴(yán)重。鎘是環(huán)境中毒性最大和流動(dòng)性最強(qiáng)的元素之一，由于其與鈣離子具備高度相似的化學(xué)行為，可進(jìn)入人體并在體內(nèi)累積，造成癌癥、腦梗死和心力衰竭等各種疾病。同時(shí)，土壤中的鎘離子還會(huì)對(duì)植物的生長產(chǎn)生影響，引起一系列中毒的癥狀。原位鈍化修復(fù)技術(shù)是目前較重要的土壤修復(fù)技術(shù)，通過鈍化劑對(duì)土壤進(jìn)行改良，經(jīng)濟(jì)又高效。但目前該技術(shù)還處于發(fā)展階段，現(xiàn)存鈍化劑吸附容量、效率和固化效果均無法達(dá)到理想要求。尋找一種經(jīng)濟(jì)高效的鈍化劑是發(fā)展原位鈍化技術(shù)的重點(diǎn)，對(duì)此，部分學(xué)者也進(jìn)行了很多研究，如丁園等[1-2] 對(duì)比分析了 4 種天然鈍化劑對(duì)污染土壤的改良效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，4種鈍化劑中，石灰石對(duì)污染土壤的修復(fù)效果最好，麥飯石次之，生物炭效果最差。閆雷等 [3] 則研究了炭基肥和菌糠生物炭作為鈍化劑時(shí)，對(duì)污染土壤的改良效果。以上學(xué)者的研究為鈍化劑的發(fā)展提供了參考，但并未解決其在酸雨條件下易重新釋放鎘造成二次污染的問題。基于此，本試驗(yàn)以宋瑞明 [4] 論文為參考，以膨潤土的基材，制備了一種新型復(fù)合改性膨潤土鈍化劑，并對(duì)其固定效果及防二次污染的效果進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：膨潤土（一級(jí)品，興東誠化工）；鹽酸（AR，吉隆化工）；半胱胺鹽酸鹽（AR，九星化工）；九水硝酸鐵（AR，澤寬化工）；無水碳酸鈉（AR，納科新材料科技）；烯硫酸（AR，天澤達(dá)化工）；稀硝酸（AR，鋇豐化工）。

主要設(shè)備：MetOne804型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES 惠更斯儀器科技）；AC-3型光電子能譜儀（瑟奇科技）；Hoffen-10型傅里葉紅外光譜儀（鈦洛科學(xué)器材）；XY-3604AA型原子分光光度計(jì)（今時(shí)邁科技）；HH-6型恒溫水浴鍋（瑞涵儀器）；101-A型電熱烘箱（安奈斯儀器）；AXTG16G型高速離心機(jī)（安信實(shí)驗(yàn)儀器）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 巰基改性膨潤土的制備

（1）按照體積比1：10將天然膨潤土和鹽酸進(jìn)行混合，在恒溫條件下攪拌活化，活化溫度和時(shí)間分別為85 ℃和5 h；

（2）對(duì)活化后膨潤土進(jìn)行離心分離處理，用蒸餾水洗滌多次，直至洗滌液內(nèi)不含有氯離子。將活化膨潤土置于電熱烘箱內(nèi)烘干，烘干溫度和時(shí)間分別為110 ℃和6 h；

（3）將烘干產(chǎn)物研磨過篩，然后配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的懸浮液，然后按照10∶1的體積比將懸浮液與10 g/L半胱胺鹽酸鹽混合，在攪拌條件下進(jìn)行巰基化處理，攪拌時(shí)間為4 h；

（4）5 000 r/min離心10 min，充分清洗離心產(chǎn)物后60℃烘干，研磨，過200目篩，得到疏基改性膨潤土。

1.2.2 復(fù)合改性膨潤土的制備

（1）在1 L濃度為0.1 moL/L的九水硝酸鐵溶液中放入一定質(zhì)量的無水碳酸鈉，攪拌使其充分反應(yīng)，攪拌時(shí)間為2 h。反應(yīng)結(jié)束后恒溫水浴老化，老化溫度和時(shí)間分別為60 ℃和24 h，得到羥基與鐵離子的摩爾比等于2的多羥基鐵聚合物；

（2）將疏基改性膨潤土配制成2%的懸浮液。按照2∶1的體積比將多羥基鐵聚合物逐滴加入疏基改性膨潤土懸浮液，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆磻?yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2 h；

（3）將反應(yīng)后溶液在水浴條件下60 ℃老化2 h。

然后5 000 r/min離心10 min，分離離心產(chǎn)物并充分洗滌，70 ℃烘干5 h，研磨后得到目標(biāo)產(chǎn)物。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 紅外光譜（FIIR）分析

通過傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行分析 [5-7] 。

1.3.2 鎘去除率分析

配制濃度為300 mg/L的鎘母液，投加鈍化劑后，通過原子分光光度計(jì)-火焰法測(cè)定溶液內(nèi)剩余鎘離子含量，計(jì)算鎘離子去除率 [8-9] 。

1.3.3 模擬酸雨試驗(yàn)

本試驗(yàn)僅考慮酸雨中的主要陰離子成分，按照摩爾比4∶1將烯硫酸與稀硝酸，然后用去離子水稀釋至pH值為1～6，進(jìn)行模擬酸雨試驗(yàn) [10-12] 。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

選擇普通膨潤土為對(duì)照，對(duì)復(fù)合改性膨潤土官能團(tuán)變化進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，相較普通膨潤土，復(fù)合改性膨潤土在 2 569 cm -1 和 1 387 cm -1 處均出現(xiàn)了新的振動(dòng)峰，這分別歸屬于巰基官能團(tuán)和鐵基官能引起的，表明巰基官能團(tuán)和鐵基官能團(tuán)成功負(fù)載在膨潤土上，即成功制備出復(fù)合改性膨潤土 [13] 。

2.2 吸附-脫附行為分析

通過對(duì)含鎘水溶液的處理，分析復(fù)合改性膨潤土對(duì)鎘離子的吸附-脫附行為。

2.2.1 投加量的影響

復(fù)合改性膨潤土投加量對(duì)鎘離子的去除率影響如圖2所示。

由圖2可知，復(fù)合改性膨潤土對(duì)溶液中鎘離子的去除效果明顯優(yōu)于普通膨潤土。這是因?yàn)榕驖櫷两?jīng)過巰基和聚羥基鐵協(xié)同改性后，其表面非均質(zhì)性得到有效提升，同時(shí)，吸附方式從原來的單層吸附轉(zhuǎn)化為多層吸附，吸附位點(diǎn)增 [14] 。當(dāng)投加量達(dá)到6g/L時(shí)，復(fù)合改性膨潤土提供的吸附位點(diǎn)已經(jīng)足夠?qū)Ⅲw系內(nèi)的鎘離子完全吸附，因此可認(rèn)定，適宜的復(fù)合改性膨潤土投加量為6 g/L。

2.2.2 鎘離子解吸試驗(yàn)

通過模擬酸雨系統(tǒng)進(jìn)行鎘離子解吸試驗(yàn)，確定復(fù)合改性膨潤土吸附鎘離子后的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨pH值的減小，普通膨潤土對(duì)鎘離子的解吸率增加，當(dāng)pH值降至1時(shí)，其解吸率接近100%。說明普通膨潤土對(duì)鎘離子的吸附極不穩(wěn)定，在酸性條件下易釋放鎘離子，造成環(huán)境的二次污染。而復(fù)合改性膨潤土對(duì)鎘離子的解吸率隨pH值的降低幾乎不發(fā)生變化，始終維持在0%作用，說明就算在pH大于 3.5 的極端酸雨及自然天氣狀況下，復(fù)合改性膨潤土仍保持著較穩(wěn)定的鎘吸附性能，能有效避免鎘離子的重新釋放所造成的二次污染現(xiàn)象 [15] 。

2.3 對(duì)土壤改良效果分析

通過對(duì)鎘污染盆栽土壤進(jìn)行處理，探究復(fù)合改性膨潤土對(duì)土壤的改良效果。

2.3.1 施入量對(duì)土壤鎘穩(wěn)定性的影響經(jīng)測(cè)定，盆栽土壤中鎘老化濃度為300 mg/kg，以普通膨潤土為對(duì)照，觀察材料對(duì)土壤鎘穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在同等施入量的條件下，復(fù)合改性膨潤土對(duì)鎘的固定效果明顯優(yōu)于普通膨潤土。當(dāng)復(fù)合改性膨潤土施入量達(dá)到9 g/kg時(shí)，體系內(nèi)總鎘濃度降至101.32 mg/kg時(shí)，降低了66.22%，表現(xiàn)出良好的固定效果。繼續(xù)增加施入量，體系內(nèi)總鎘濃度不再發(fā)生變化，說明在土壤中，復(fù)合改性膨潤土最佳施入量為9 g/kg。值得注意的一點(diǎn)是，復(fù)合改性膨潤土在水溶液中的最佳投加量為6 g/L，在土壤中最佳施入量為9 g/kg，考慮是因?yàn)榕驖櫷猎谕寥乐械挠行Х稚⒊潭鹊陀谄湓谒芤褐械挠行Х稚⒊潭?，因此在土壤中的施入量大于在水溶液中的投加?[16-17] 。

2.3.2 浸出鎘測(cè)試

通過模擬酸雨條件，對(duì)膨潤土改良的鎘污染土壤浸出鎘情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，在模擬酸雨條件下，污染土地浸出液鎘濃度約為166 mg/kg，施入普通膨潤土的土壤浸出液鎘濃度有一定下降，約為83 mg/kg。說明在酸雨條件下，普通膨潤土可能重新釋放鎘，對(duì)土壤造成二次污染。而經(jīng)過復(fù)合改性膨潤土改良的土壤浸出液鎘含量僅有0.18 mg/kg，表現(xiàn)出良好的固定效果，可有效避免二次污染的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

本試驗(yàn)制備的復(fù)合改性膨潤土表現(xiàn)出良好的鎘固定效果，在改良鎘污染土壤方面存在一定優(yōu)勢(shì)。

（1）光電子能譜和紅外光譜結(jié)果表明，巰基官能團(tuán)和鐵基官能團(tuán)成功負(fù)載在膨潤土上，完成了對(duì)膨潤土的改性；

（2）復(fù)合改性膨潤土對(duì)鎘離子的吸附-脫附行為測(cè)試結(jié)果過，過酸過堿的環(huán)境對(duì)于復(fù)合改性膨潤土吸附體系鎘離子均產(chǎn)生不良影響。復(fù)合改性膨潤土吸附鎘后，在模擬酸雨條件下不會(huì)重新釋放鎘，具備較穩(wěn)定的吸附性能；

（3）復(fù)合改性膨潤土可有效降低可被植物利用吸收的離子交換態(tài)的含量。經(jīng)過復(fù)合改性膨潤土改良的土壤栽種的白菜苗的生長情況與未污染土壤栽種的白菜苗類似，白菜苗莖葉和根部的鎘含量降至0.2 mg/g以下，滿足GB 2762—2005《食品中污染物限量》中對(duì)食物中含鎘≤2 mg/kg的規(guī)定；

（4）在模擬酸雨條件下，經(jīng)過復(fù)合改性膨潤土改良的污染土壤浸出液中鎘含量僅有0.18 mg/kg，表現(xiàn)出良好的鎘固定效果，改良污染土壤的同時(shí)有效避免二次污染的現(xiàn)象。

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（責(zé)任編輯：張玉平）