在我国土壤和农作物的重金属污染中,镉是最常见的污染物之一,其污染面积高达400万公顷,约占重金属污染耕地的40%。镉是一种累积性和剧毒元素,在土壤中不仅危害作物,还通过“镉大米”和“镉蔬菜”等食物链途径进入人体,危害人类健康。沸石作为一种强离子交换能力及高吸附能力的含水铝硅酸盐矿物,在土壤​重金属污染修复方面具有良好的应用效果。

一、沸石对镉污染土壤修复的情况
沸石作为一种效果优秀的土壤改良剂,施用到土壤中后,不仅改善了土壤的理化性质,还促进了植物对养分的吸收,被广泛应用于土壤改良领域。近几年沸石在土壤重金属修复中的研究逐渐引起人们的关注。国内外研究证实,沸石的应用对土壤重金属镉具有很好的修复作用。Mahabadia等人的研究表明,天然沸石对土壤镉具有稳定的吸附作用,其应用能够显著减少了粘土,壤土,砂壤土和沙质土的四种不同质地土壤(70mg/kgCd水平)中镉的浸出量。当添加15%的沸石时,对土壤镉的吸附效果最好,土壤渗滤液中的镉浓度小于0.1mg/L。

二、沸石对土壤镉的修复机理
通过相关文献资料查询,结合沸石相关试验研究,将沸石对土壤镉的修复机理总结包括以下几个方面:
第一,沸石独特的框架结构可以吸附和固定重金属并交换离子。Castaldi和Madrid的研究认为,沸石可以通过二氧化硅四面体和氧化铝八面体结构对溶液中的重金属产生强大的离子交换和吸附作用,从而降低了重金属的有效性。沸石的空间结构为网架形式,在网架中具有相互连接的规则孔穴,其通常充满“沸石水”水分子,比表面积大,吸附力强。另一方面,在沸石的四面体结构中,由铝离子代替硅离子引起的负电荷由Na、Ca2、K和Mg2来保持平衡。这些阳离子与铝硅酸盐的结合非常弱,并且具有非常高的流动性,而这些因素使其易于与周围的阳离子进行离子交换,使沸石具有强大的离子交换能力。
第二,沸石对土壤pH值和阳离子交换量具有促进作用。土壤pH值和阳离子交换量是影响土壤重金属有效性的两个重要因素。通常土壤pH值、土壤阳离子交换量与土壤可交换态镉呈负相关关系。沸石作为一种土壤改良剂,施入土壤中可与土壤颗粒形成土壤团聚体和有机无机复合体,使土壤阳离子交换量增大,对重金属离子的吸附能力更强。
从总体上看,未来的研究应找到生产和制备新型的高性价比沸石,减少沸石用量并降低环境风险的方法。另外当前沸石对土壤镉的大多数修复具有有限的表观作用,并且对作用机理的研究很少。因此今后应加强对沸石去除金属离子的机理和动力学的研究。