一、沸石為何成為土壤修復(fù)的“良藥”？

近些年，沸石作為一種穩(wěn)定的吸附材料，由于其優(yōu)異的離子交換性能、吸附性能，在土壤修復(fù)中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。從化學(xué)組成與晶體結(jié)構(gòu)的角度來看，沸石是一種典型的硅鋁酸鹽，Si-O四面體和Al-O四面體是構(gòu)成沸石骨架的初級(jí)結(jié)構(gòu)單元；在沸石骨架中，其初級(jí)結(jié)構(gòu)單元通過共用氧原子，相互連接形成多元環(huán)，構(gòu)成了沸石骨架的次級(jí)結(jié)構(gòu)單元；次級(jí)結(jié)構(gòu)單元，通過橋聯(lián)的氧原子，進(jìn)一步相互連接，可以形成籠形等不同構(gòu)型的結(jié)構(gòu)單元；籠形的結(jié)構(gòu)單元通過不同的連接、排列方式進(jìn)一步形成具有獨(dú)特孔道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和尺寸的沸石骨架結(jié)構(gòu)。

沸石的骨架中充滿著空腔和孔道，最大孔隙率可達(dá)到50%，孔道中常吸附有水分子和可交換的陽離子，甚至陰離子。這些獨(dú)特的組成和骨架結(jié)構(gòu)使沸石具有良好的陽離子交換容量和表面吸附能力，是一種很好的吸附劑。此外，沸石由于硅鋁酸鹽構(gòu)成的骨架具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，沸石在被用于土壤修復(fù)的過程中，還具有骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、修復(fù)效果持久、可適當(dāng)調(diào)節(jié)土壤的pH和透氣性、對(duì)環(huán)境友好、無二次污染等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于不同污染物質(zhì)污染的土壤均有良好的修復(fù)效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

二、天然沸石可用于土壤修復(fù)的優(yōu)勢(shì)

在目前全球已發(fā)現(xiàn)的四十余種天然沸石中，斜發(fā)沸石的儲(chǔ)量最為豐富。總體來說，天然沸石的主要成分為硅鋁酸鹽、水分子、可交換陽離子，還含有少部分雜質(zhì)元素。幾種常見的天然沸石具有成本低，且與其他類型的吸附劑相比熱穩(wěn)定性和耐酸腐蝕性更好的優(yōu)勢(shì);但是與合成沸石相比，其存在化學(xué)組成不一致、純度低等不足。

鄧世茂等人提出，沸石的硅鋁比，孔徑大小，陽離子類型、數(shù)量及位置都對(duì)其吸附能力有較大影響，可用一定的方法對(duì)天然沸石進(jìn)行調(diào)控、改性，進(jìn)而促進(jìn)其有效孔道的利用及其離子交換能力的提高。常用的調(diào)控處理方法包括離子交換、酸/堿洗和熱處理法等。離子交換處理可以改變沸石骨架中陽離子的類型、位置、數(shù)量及孔道開放度，顯著提高沸石材料的離子交換容量。酸洗可以去除堵塞孔道的雜質(zhì)，提高空隙率和吸附能力，但是隨著處理強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的增加，會(huì)逐漸消除骨架結(jié)構(gòu)中的陽離子，最終使結(jié)構(gòu)脫鋁；堿洗可以改變沸石的孔徑和孔容，但高濃度或長時(shí)間的堿洗可能帶來沸石骨架的脫硅、脫鋁。熱處理可以脫去沸石孔道中的水分子，增大孔道開放度和有效孔隙體積。

總之，沸石具有比表面積大、陽離子交換容量大、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高且儲(chǔ)量巨大的特點(diǎn)，是一種很有前景的土壤修復(fù)材料。深入系統(tǒng)研究沸石對(duì)土壤中不同類型污染物的修復(fù)效果、影響因素，從原子級(jí)尺度揭示沸石材料在土壤修復(fù)中的構(gòu)效關(guān)系及修復(fù)機(jī)理，構(gòu)建沸石材料在土壤修復(fù)應(yīng)用過程中的完整的認(rèn)知科學(xué)體系，是未來科學(xué)發(fā)展的必然。