仿生巯基固化剂对土壤重金属污染的修复机制及生态评估

本项目基于丛枝菌根受重金属胁迫时，在体内产生半胱氨酸，通过巯基官能团稳定重金属的试验结论，将仿生学原理和重金属固化修复原理相结合，采用一类新型的、带有巯基官能团的化合物(HMCA)为仿生固化剂，开展土壤中重金属Cd、Pb的固化作用机制及生态评估研究。通过BCR连续提取、ICP-MS等方法，揭示巯基固化剂对土壤中重金属Cd、Pb的迁移、化学形态转化、生物可利用性和环境毒性等的影响规律。借助FT-IR、ICP-MS、SEM-EDS等能谱与重金属形态分析测试手段，构建仿生巯基固化剂(HMCA)的作用机制，阐明其生态效应。通过计算机及专用软件，从分子水平上进一步解析HMCA对土壤重金属的化学行为作用，探索巯基固化剂与土壤中Cd、Pb 有效性的相互关系及作用过程。研究成果将有助于明晰巯基固化剂与土壤中Cd、Pb的作用机制及其生态风险，为我国有色金属矿区及周边重金属污染土壤修复提供技术支撑和理论依据。

随着局部地球化学和人为活动的强烈作用，土壤重金属污染日益加剧。2014年4月17日由环保部和国土部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤污染较为严重。据相关文献报道，我国目前重金属污染土壤超过0.2亿hm2，约占耕地总面积的20%，其中大部分污染农田为中轻度污染，已经成为限制我国农业可持续发展的重大障碍之一。尽管我国采取了一系列关于重金属污染减排的措施，从源头上严格控制重金属污染物的排放总量，但是如何妥善解决已经在环境中积累的重金属，成为当前重金属污染控制中新的难题。. 本项目在前期研究基础上，研发了N,N'-双(2-巯基乙基)-1,3-苯二甲酰胺(N,N’-bis(2- mercaptoethyl ) isophthalamide, NBMIPA)、N1,N2,N4,N5-(1,2,4,5-四巯基乙基)苯甲四酰胺(N1,N2,N4,N5- tetrakis(2-mercaptoethyl) benzene- 1,2,4,5- tetracarboxamide, TMBTCA)、六硫代胍基甲酸(Sixthio Guanidine Acid, SGA)等三种新型重金属螯合固化剂 (heavy metal chelate, HMCA) ，开展了土壤中重金属Cd、Pb 的固化性能评价及其作用机制研究。通过 BCR 连续提取、ICP-MS 等方法，揭示固化剂(HMCA)对土壤中重金属Cd、Pb 的迁移、化学形态转化、生物可利用性和环境毒性等的影响规律。结果表明，HMCA可以减小酸溶态重金属含量，同时增加土壤中残渣态重金属含量。借助 FT-IR、SEM-EDS 等能谱与形态分析测试手段，构建固化剂(HMCA)的作用机制，明确了HMCA的可生化性和急性毒性，阐明了其生态效应。通过计算机模拟及专用软件，从分子水平上进一步解析了HMCA 对土壤重金属的化学行为作用，明确了重金属固化剂与土壤中Cd、Pb的相互作用过程。研究成果有助于明晰固化剂与土壤中Cd、Pb 的作用机制及其生态效应，为我国有色金属矿区及周边重金属污染土壤修复提供有力的技术支撑，为发展实用、安全的重金属污染土壤修复技术提供理论指导和科学依据。