城市环境中重金属污染磁学诊断机理研究

污染环境中磁性物质与污染物质之间的赋存关系及其机理研究是环境磁学领域一个长期研究的重点，亦是一个难点问题。对污染环境中重金属元素与磁性颗粒关系机理的厘定，可以推动环境磁学在环境污染监测和评价中由理论研究向实际应用更进一步。本项目拟通过高分辨率场发射扫描电镜、透射电镜等单颗粒分析方法，结合穆斯堡尔谱、X射线衍射等矿物学分析以及切片等实验技术手段研究磁性矿物与重金属元素的赋存、迁移规律，从铁的氧化物的表面特征、内部结构以及重金属离子在表面的吸附行为等方面，厘定磁性颗粒与重金属元素之间的赋存关系，进一步认识和理解矿物吸附去除重金属离子的机理，发挥氧化铁矿物处理重金属污染的潜力，使环境污染监测由定性研究向定量化研究转化，为利用磁性测量进行环境污染尤其是重金属污染的监测和评价提供理论基础。

本项研究首次沿沙尘暴运移路径在内蒙、河北、北京地区，依据区域环境功能布置采样路线，通过磁学手段和化学分析判断颗粒物的来源。在空间分布上，大气降尘中磁性矿物和重金属元素的含量从内蒙经河北至北京方向增加，磁性矿物的粒径增大；岩石磁学结果显示内蒙地区大气降尘与地表土壤在磁性特征方面具有一致性，表明降尘主要来自于自然源；而河北和北京地区降尘与邻近表土样品在磁性特征方面有显著差异，说明大气降尘的主要贡献不是自然源，而是人类活动。通过主成分分析和聚类分析，大气降尘中的重金属元素和磁性矿物主要源自工业和交通运输活动。大气降尘中重金属含量与样品磁性强弱空间分布具有明显的相似性。磁学参数与污染物含量的显著相关性，为污染物的含量和空间分布提供了磁性代用指标。依据磁学参数和污染来源的重金属含量的相关性，可以建立磁学参数和重金属含量间的区域性经验模型，进而可以精确地反演出研究区域内重金属污染的空间分布特征。