近年来，人们对于自然资源的索取量不断提高，同时农业也在不断实现现代化，工业发展水平越来越高，虽然给人们带来了很大的便利，但土地污染已经成为一个越来越严重的问题。在土地污染中，重金属污染物属于非常严重一种污染物，其在植物生长过程中被作物吸取之后进入人体，给人类健康带来了很大的危害。人类生产和活动规模越来越大，所以重金属污染已经成为全人类共同面对的严重问题，世界各国都在进行研究。总体上来说，修复技术分为三个类型，分别是生物技术、化学技术以及物理技术；也可以分为两种修复原理，或者降低重金属离子的活性，或者减少含量。化学修复技术主要是降低其活性，使其存在形态发生改变。近年来，重金属钝化这种手段已经成为修复重金属污染的主要方法。
1 碱性材料
碱性材料是最常见的金属钝化材料类型，以石灰和碳酸盐为代表。相关研究已经表明，如果在土壤当中加入2‰的石灰材料，可以降低其中97%的Cu和86%的Cd。除了石灰之外，碳酸钙镁也是一种用途较广、效果较好的材料，可以说碳酸钙的使用量越大，重金属含量的降低就越明显。其作用机理有以下几点：
（1）离子之间的交换作用和吸附作用。上述这些碱性材料具有较大的表面积，所以结构稳定性好，有很好的阳离子交换能力，在施用到土壤中后会让土壤产生较好的吸附能力，降低土壤的酸性。这样一来，土壤对重金属的吸收能力急剧下降。
（2）生成沉淀作用。随着土壤pH值的提高，土壤中的重金属离子也就开始向氢氧化物或碳酸盐进行转变，并且逐渐沉淀。这些生成物的溶解度非常低，大幅降低了重金属的生物利用程度。
（3）离子拮抗效果。在这个过程中，大量的Ca2+以及Pb2+都进入土壤，和土壤中的重金属离子产生拮抗效果，大幅降低了根系的吸收率。但是如果施用量过多，导致土壤的pH值大于7，反而会增加Cr材料的毒性。
2 有机材料
在现阶段使用的有机钝化材料当中，存在很多活性基团，例如-OH等。土壤中的溶解性机制还可以成为土壤中的重金属离子交换的平台，可能会严重影响重金属离子在吸附与的解吸上的作用力，这些吸附能力可以让重金属的形态发生改变。现有阶段，出现在人们生活中频率较高的有机钝化材料主要包含两种，一种是城市污泥，另一种是有机肥料。经过相关实验研究可以发现。如果土壤中的Cu元素含量较少，在其中加入一些有机材料以后，产生的钝化效果可以让土壤的迟滞系数降低，土壤的净化能力提升。
不难看出，能够影响吸附机制的因素非常多，很可能是多方面因素综合起来产生的影响。所以，应该结合重金属的种类选择最为合适的有机材料进行钝化，这样才能起到较好的效果。
3 金属材料
金属材料不仅包括金属材料本身，还包括部分金属氧化物，现在比较常见的有针铁矿、硫酸亚铁和氢氧化铁等。对于受到砷污染的土地来说，使用硫酸亚铁的效果较好，但其是也非常容易导致土壤出现酸化问题，这样一来，土壤当中如果存在已经固定的Cu、Cd和Zn等材料都会被重新释放，反而会导致土壤情况的恶化，这就需要和生石灰配合使用来控制土壤的pH值。上述问题比较容易出现在硫酸亚铁当中，如果采用零价铁，其生成氧化物的速率较低，所以并不会导致酸化问题的出现。从长期来看，为了保证修复效果，零价铁是一个更好的选择。对于可变点和的重金属修复来说，零价铁主要用于修复As和Cr，但是目前仍然没有应用到Cu和Cd的修复当中。
铁锰化合物包括四种价态，但是在自然界的环境当中，较为稳定的状态就是2和4两种态价，并且还能够转化，低价态下可溶，而高价态下则难溶，所以其在重金属As以及Cr当中的修复效果较好。
4 含磷材料
这其实也是应用非常广泛的重金属钝化材料，较为常用的材料有磷酸钙、磷灰石等。研究表明，土壤中加入1.0%和2.0%羟基磷灰石分别使土壤有效态Zn、Cd、Cu降低50%、68%、70%和58%、73%和74%。在土壤中加入0.6%和1.2%氟磷灰石时，土壤有效态Cu、Cd分别降低80%、72%和97%、99%。但也有研究表明，向土壤中加入磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙后，土壤有效态Cd含量明显提高，提高率分别达83.2%、103.2%和122.7%。Cao等研究发现加入磷灰石后在固-液界面Cu和Zn分别有74.5%和95.7%通过表面吸附或络合作用被固定，而通过XRD检测发现Cu、Zn与磷酸根离子没有生成沉淀。重金属Zn能够与PR表面≡POH基团发生络合作用；Zn也可以与PR中Ca2+发生共沉淀作用。Liu等等通过MINTEQ模型得出纳米FePO4修复土壤中Cu可形成Cu3（PO4）2和Cu5（PO4）3OH沉淀，降低了Cu的生物可利用性。羟基磷灰石［Ca10（PO4）6（OH）2］与土壤中的重金属离子主要通过表面络合或者离子间的共沉淀作用来固定土壤中的重金属。
5 含硅材料
含有Si元素的材料对重金属Al、Fe、Zn、Cd、Mn等具备一定修复效果，这些较为常用的含硅材料主要包括含硅元素的肥料、硅酸钙、含有硅元素的污泥等，这些含有硅元素的物质通过作物的吸收，促使作物可以对土壤中的重金属元素进行对抗，降低重金属对农作物的伤害。研究表明，重金属污染土壤中施入0.4%硅肥，有效态Cu、Cd含量显著降低，在施用硅肥30d时，Cu、Cd有效态含量分别降低93%和85%。在鲁安怀等研究中发现含硅污泥和粉煤灰碱性较强，可提高土壤的pH，能够有效的重金属Cd、Pb的有效性。
同时，这些黏土矿物在土壤中拥有超强的自净力，这些成分可以从化学的修复中分离出来，是继物理修复、化学修复、以及生物修复技术之后的另一种新型污染修复治理方法，在修复重金属污染土壤的方法中较为常用的黏土种类有高岭石、凹凸棒石、海泡石等。一些研究数据显示，沸石、膨润土等黏土性质的矿物因子其组织构成独特的晶体结构与化学性质拥有较强的离子交换容量与较为强大的吸附力。
6 关于新型材料的应用
在土壤重金属污染处理上的新材料，目前主要有介孔材料、纳米材料、功能膜材料以及多酚物质等。这些材料的表面结构较为独特，并且修复效果较好。相关研究证明，如果在土壤中增加0.15%的介孔材料，其可以降低Cu、Cd和Pb含量的0.7%，让土壤中的Cb中的B1形态降低7.8%，Pb中的B1形态降低8.5%；如果加入0.3的介孔材料，其下降至分别为11.5%和9.4%。又有相关研究可以证明，如果制备碳、二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁的混合纳米材料之后加入土壤中，在加入量为4%时，其土壤的cd浓度降低2/3；如果加入10%浓度的混合纳米材料，那么其cd浓度即降低98%，效果非常理想。相关研究也已经证明，粒径可能会在一定程度上影响到钝化效果。所以，在未来一段时间内，可以尝试常规材料纳米化处理，希望可以起到较好的钝化作用。
7 结语
上文介绍了石灰碳酸盐矿物、磷、硅以及各种有机物质和金属氧化物，以及新型材料。上述几种材料的固定机理是完全不同的，所以其效果也就不同。举例来说，石灰和碳酸盐材料的修复材料其在土壤当中并不具备很强的移动性，石灰效果较好；而含磷材料当中，应该优先选用天然材料，这样才能避免在整个作用过程当中出现磷损失的问题，所以氟磷灰石以及钙镁磷肥都是较为理想的材料。近年来已经证明氟磷灰石的修复效果较好，而固定土壤里存在的Pb以及Cr可以采用含磷污泥。
含硅材料的种类非常丰富，不仅有硅酸盐矿物，还有含硅污泥和粉煤灰等，并且经过试验可以证明具有较好的使用效果。
对于金属以及金属的氧化物来说，铁以及硫酸铁都可以用于钝化可变价态重金属，并且具有较好的经济性，可以用于钝化Cu和Cd等元素。
在有机质方面，其对于土壤重金属污染的作用仍然没有一个明确的定论，但有部分研究可以表明，有机肥料和城市污泥具有较为明显的降低重金属活性作用。另外，生物炭也有很好的钝化效果，在同等条件之下，其钝化作用高于沸石，低于石灰。然而其添加量较高，大约1%才会开始起作用，大约5%才能取得较好的收效。
新型材料种类较多。从目前来看，纳米材料和功能膜材料的应用较为广泛，同时植物多酚物质也有较好的净化效果。但上述几种新型材料其最大的缺点就是合成难度大，价格高昂。要想达到同样的钝化效果，其添加量也会较高。所以，如果想要进行实践，最为重要的一点就是克服上述问题，降低成本、简化合成过程。
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（作者系深圳市虹彩检测技术有限公司工程师）
