纳米羟基磷灰石在重金属污染土壤治理中的应用

刘燕

【摘要】文章简要分析了重金属对土壤造成的污染，并通过一系列针对纳米羟基磷灰石治理重金属土壤的研究实例，论证了纳米羟基磷灰石在治理重金属污染土壤中的重要作用。

【关键词】纳米羟基磷灰石；重金属污染；治理

伴随着生态环境问题的深化，土壤重金属污染形势也日趋严峻，现阶段针对土壤重金属污染而展开的研究和治理，已经成为生态环境治理中的重点内容。在此背景下，大量土壤污染的治理方法纷纷涌现，其中包括应用纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤的治理，以下对该方法的应用情况进行深入分析。

一、重金属对土壤造成的污染

（一）重金属土壤污染特点

大部分重金属属于过渡性元素，具有过渡性元素的共同特征即电子层结构，正是因为这一点导致重金属对土壤产生的化学反应凸显出以下几种特点：①作为一种中心离子，重金属可以接受大多数简单分子以及阴离子的独对电子，从而生成配位络合物。简单来说，就是重金属在水中的溶解度增大，扩大了其污染范围；②重金属还具备可变价态，能够在特定幅度内产生氧化还原反应，并且针对具有不同价态的重金属，会产生不同程度的毒性和活性；③重金属处于土壤环境中，较容易产生水解反应，从而形成毒性氢氧化物造成污染。

（二）重金属土壤污染危害

重金属主要通过以下几种方式造成土壤污染：①通过外界环境变化而进行传播污染，包括在土壤中施加添加剂、酸雨等，加强了重金属的活性以及其对生物产生的有效性，促进了植物对重金属的吸收，进而对人体和动物产生危害；②通过暴露的土壤间接对人体和动物产生危害；③借助雨水的渗透作用，浸入土壤深层从而对地下水造成污染。

二、纳米羟基磷灰石在重金属污染治理中的应用

（一）纳米材料在环境污染治理中的应用

纳米实际上是一种度量单位，一纳米等于百万分之一毫米，也就是一毫微米。而作为纳米材料來讲，其主要由纳米粒子组合而成。通常情况下，纳米粒子是指尺寸为一至一百纳米之间的细小结构，正是由于其具备尺寸小且大表面等特殊性效果，因此将其独有的特点集中展现出来，譬如：导电、熔点、光学、磁性、导热等等，一般情况下纳米材料的各项特点与其整体所表现出来的性质有所不同。充分利用纳米材料的特殊性性能，不仅能够有效仿制出自然界的所存在的材料，还能够通过人工合成技术研发出自然界中不存在的新材料，并且凭借纳米工艺将一系列新型材料投入到各个领域的应用中。

（二）羟基磷灰石物理及化学性质

羟基磷灰石又名为羟磷灰石，属于钙磷灰石的自然矿化形式，该物质的化学方程式为Ca10（PO4）6（OH）2，属于六方晶体，处于P6/m空间群内，具体晶胞参数为：a=β=90°，a=b=0.943～0.938nm，c=0.688～0.686nm，r=120°。其中单位晶胞中含有Ca2+十个、OH两个、PO43六个。在其结构中具有两种Ca2+位置，各是配位数为七的Ca（Ⅱ）位置与配位数为九的Ca（Ⅰ）位置，在这其中磷氧四面体足依靠共面或者共角顶的Ca（Ⅱ）、Ca（Ⅰ）从而有效将其多面体进行连接。在此过程中Ca（Ⅱ）磷氧多面体紧紧围绕六次螺旋轴均匀分布，从而构成平行的C轴形式的结构通道。然而由于Ca（Ⅱ）、Ca（Ⅰ）具有不同的位置价键和半径，所以，将二价阳离子介入后将会形成位置的选择性，从而产生一系列有序的超结构，另一方面，通过以上环节能够对其中各项半径所涵盖的二价金属离子具有较为广泛的收容性。

（三）纳米羟基磷灰石在重金属污染治理中的应用

大部分专家学者对纳米羟基磷灰石相关性质进行了深入的研究，并以此为基础延伸出了纳米羟基磷灰石在重金属吸附能力以及机制等方面的研究。通过国内外专家学者的不断探索发现，纳米羟基磷灰石能够连续对水溶液中所含带的锌离子与铜离子进行吸附。在此过程中，锌离子与铜离子的吸附率分别为94%～97.8%以及97.2%～98.3%。与较为单一的金属吸附相对比而言，Zn与Cu处于这两种金属体系之中其吸附能力会受到这两种金属的的影响，从而导致吸附性有所降低，分别降低10%～62%h和12%～75%。锌离子与铜离子的具体固定过程可以分为以下几个方面：①在纳米羟基磷灰石表层的特殊位点实施表层的络合配位；②钙离子与铜锌离子之间发生离子相互交换，并且形成含带重金属成分的纳米羟基磷灰石沉淀。在运用纳米羟基磷灰石进行含重金属废水的处理过程中，还需要充分考虑纳米羟基磷灰石对于复合重金属污染物处理的效率问题。

同时，还有部分科研人员针对纳米羟基磷灰石在处理污水淤泥污染物方面的功能进行了探究，研究的主要内容为污水淤泥中Ni2+和Zn2+的迁移能力，通过一系列实验研究发现，在应用纳米羟基磷灰石分别处理粘土、泥炭及砂壤这三种污水淤泥过程中，土壤的性质直接影响到Zn2+迁移淋溶，而与此不同的是Ni2+的迁移淋溶几乎不受土壤性质牵连。由此实验研究可知，纳米羟基磷灰石在处理污水淤泥过程中，不能够持续有效的抑制砂壤中的Ni淋出，同时特无法有效减弱泥炭和粘壤中Ni2+与Zn2+的淋出。

另外，对于纳米羟基磷灰石处理重金属污染方面，相关科研人员还进行了Pb2+和Ca2+的离子交换能力研究，该研究发现土壤中CaHAP含量的颗粒大小对于Pb2+和Ca2+离子交换能力有着极大的影响。在此基础之上，程世宝以及朱永官等科研人员还对6种含磷成分的矿石，在对土壤中的Pb2+进行处理过程中的现象展开了研究。通过实验研究证实，含磷的矿石在处理Pb污染程度为中等的土壤时具有较好的成效，能够有效降低Pb的污染，具体来说也就是在很大程度上降低由于Pb长期累积在植物中，而对人体健康造成的潜在威胁。在被Pb污染的土壤中施入含磷类矿物质，不仅能够使Pb的离子交换形态发生改变还会使土壤的PH产生变化，而这一系列变化反应可以对Pb在植物幼株中发生的浓度变化做出解释。因此可以说，通过以上实验研究可以证实纳米羟基磷灰石在处理Pb污染土壤时，效果最佳。

结束语

综上所述，加强对纳米羟基磷灰石的研究，不断改进和完善实验研究方法，有效开发出纳米羟基磷灰石在治理土壤污染方面的更多功能，为重金属土壤的污染治理提供充足、有效的环境材料，以及数据支持和理论依据。

参考文献

[1]陈杰华.纳米羟基磷灰石在重金属污染土壤治理中的应用研究[D].西南大学，2009.

[2]胡田田.纳米羟基磷灰石对重金属铜和铅污染土壤的修复研究[D].安徽农业大学，2012.

[3]杜传宝.纳米羟基磷灰石固定污染土壤重金属的应用研究[D].南京农业大学，2010.