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汞污染土壤修复研究取得新进展

来源:环境地球化学国家重点实验室 阅读数:442 时间:2020-03-06 16:17:49

贵州铜仁是我国汞矿的主要聚集区,汞污染是该区最为突出的环境问题,尤为严重的是土壤汞污染。食用种植在污染土壤的稻米经成为当地人群汞暴露的主要途径。建立切实有效的、适宜于当地经济发展水平的汞污染调控策略是政府面临的巨大挑战。国家高度重视汞污染所引起的环境问题,并在我国《土壤污染防治行动计划》中将贵州铜仁列为土壤污染综合防治先行区之一。因此,研发多种汞污染土壤修复技术是当前科研人员和环境保护工作者的迫切任务。


基于此,中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室冯新斌课题组有针对性的围绕铜仁汞污染土壤开展了系统的研究,提出并形成一整套有效的汞污染防控策略。其中,阻断汞在水稻籽粒中的富集是当前控制汞通过稻田食物链向人体传输较为有效的方法。课题组的研究人员经过不断的试验和摸索,发现在土壤中添加纳米活性炭能降低水稻籽粒中的汞含量至国家食品质量安全水平(20 ng/g)以下(图1),是比较理想的土壤汞的钝化材料。


纳米活性炭添加到土壤后,对种植的水稻生物量无明显的影响、降低了孔隙水中总汞和溶解有机碳的浓度、促进了汞由孔隙水向土壤固相分配。通过透射电镜分析,发现添加纳米活性炭添加到土壤后,其能与土壤组分能形成纳米碳-有机质等多种聚集体,而且汞与硫等在纳米碳周围形成Hg-S 簇。进一步利用基于同步辐射的X-射线吸收谱分析了土壤中硫的形态,结果发现添加纳米硫化汞后,土壤中形成了大量的类似单质硫的化合物(zerovalent sulfur),说明了纳米碳的添加促进了还原态硫的形成(图2)。我们推测纳米活性炭可能起电子供体和导体的作用,促进了氧化态硫的还原。众所周知,还原态硫与汞的反应比较活跃,会生成惰性较强的纳米硫化汞簇。为了验证这一假设,利用基于同步辐射的X-射线吸收谱分析了土壤中汞的形态,结果发现纳米碳处理土壤中纳米硫化汞的量明显增加(图3),说明了还原态硫与汞反应后,可能生成了纳米硫化汞簇。本研究结果为利用纳米活性炭修复汞污染区水稻田提供了理论基础。


相关研究成果发表于《EnvironmentalScience & Technology》上,论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.9b05685



1对照(control)和纳米活性炭(NAC)处理后,水稻不同部位的总汞含量


 2对照(control)和纳米活性炭(NAC)处理土壤中硫的化学形态


3对照(control)和纳米活性炭(NAC)处理土壤中汞的化学形态