铁-镧改性沸石材料对砷污染土壤的稳定化机制及高效修复研究

　　针对砷(As)污染土壤的环境威胁，研究人员开发了铁(Fe)和镧(La)改性沸石材料（MZ/Fe-La和MZO/Fe-La），通过60天土壤培养实验证明，4%添加量可使水溶性As和TCLP As降低97%以上，有效将非特异性吸附As转化为稳定形态。XPS分析揭示其机制为Fe/La–OH与As的配体交换，为绿色修复技术提供新策略。

　　

砷（As）作为具有强毒性的类金属元素，在采矿、电镀和农药使用等人为活动影响下，已在全球多国土壤中积累至危险水平。中国广西等地的污染场地中，砷浓度高达9.13×10³
mg/kg，严重威胁生态系统和人体健康。传统修复技术面临土壤酸化、成本高昂等挑战，而沸石虽能吸附阳离子重金属，却对砷酸盐等阴离子亲和力不足。针对这一难题，中国某研究机构团队创新性地将铁(Fe³⁺
)和镧(La³⁺
)负载于沸石，开发出MZ/Fe-La（未煅烧）和MZO/Fe-La（煅烧）两种复合材料，系统评估了其对两种不同砷污染土壤的稳定化效果。

研究采用60天土壤培养实验，结合毒性浸出程序(TCLP)、水溶性砷和磷酸盐可提取态砷（生物有效性指标）等多维度评价体系。通过扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等技术解析作用机制。实验选用广西两处污染场地土壤（砷含量分别为1.51×10³
和9.13×10³
mg/kg），设置1%-4%不同添加量的处理组。

3.1 改性沸石材料表征
SEM显示改性后沸石表面形成致密球状聚集体，Fe/La负载量显著增加（EDS证实）。FTIR在1507 cm^-1
和1384 cm^-1
处出现La(OH)₃
和Fe-O-H特征峰，BET比表面积从154 m²
/g（原始沸石）提升至213 m²
/g（MZ/Fe-La）。

3.2 砷稳定化效果
4% MZ/Fe-La使土壤#1和土壤#2的水溶性As分别降低97.0%和97.0%，TCLP As降低96.4%和98.1%。值得注意的是，磷酸盐可提取态As（生物有效性指标）降幅较小（37.5%和30.2%），研究者认为这与磷酸根竞争吸附有关。

3.3 砷形态转化
连续提取实验显示，MZ/Fe-La将非特异性吸附As（F1）从4.8%降至0.55%，同时特异性吸附As（F2）和残余态As（F5）分别增加6.3%和7.5%。有机质含量较高的土壤#2中，As更多转化为F2和F3（无定形氧化物结合态），揭示有机质-As-金属三元复合物的形成。

3.5 作用机制
XPS分析发现Fe 2p_3/2
结合能升高（711.98→717.96 eV），La 3d_5/2
峰位移（835.65→835.53 eV），证实Fe/La–OH与As形成Fe/La–O–As配位键（图6）。MZ/Fe-La因更多游离–OH基团而比煅烧型MZO/Fe-La吸附容量高16.3%（44.2 vs 38.0 mg/g）。

该研究开创性地将镧系元素引入土壤砷修复领域，通过多尺度表征阐明配体交换机制。改性沸石在保持土壤pH中性（7.30-7.77）前提下实现砷长效稳定化，且无Fe/La溶出风险。相较于传统铁基材料，其最大吸附容量提升3倍，为污染耕地安全利用提供技术支撑。论文发表于土壤科学顶级期刊《Geoderma》，为发展绿色可持续修复技术奠定理论基础。