| 硒/硫改性蒙脱土材料可减轻农田汞污染 - 贵州大学网络与信息化管理中心
EP:冉澍、何天容等 | 硒/硫改性蒙脱土材料可减轻农田汞污染
由于汞矿的开采、冶炼活动,汞矿区及其流域周围生态系统的汞含量严重超标,严重威胁生态环境安全和人体健康,其修复治理迫在眉睫。研究表明硒(Se)汞存在拮抗效应,在汞污染土壤中施加硒,可以有效降低植物汞浓度。然而,不同的土壤环境下,施加硒的有效范围不同,这可能导致植物硒的过度富集,进而导致人体摄入硒含量超标,这严重限制了硒在汞污染土壤修复中的应用。贵州大学资源与环境工程学院2019级博士研究生冉澍在何天容教授指导下,利用Se、S对Hg的吸附作用、Se与Hg的拮抗作用、S与Se的竞争作用等机理,设计并合成了硒和硫改性蒙脱土材料(Se/S-Mont),以有效降低汞含量,同时避免硒在植物中的过度富集。
材料表征显示: Hg-Se/S-Mont和模型化合物的HgLIII边缘XANES最小二乘拟合结果如图1所示。结果表明,Hg-Se/S--Mont中的Hg主要以类似于Hg-Cl和Hg-S的配位环境存在。但本实验未发现明显的HgSe特征峰,这可能是样品中Se浓度较低,或者Se与其他元素或基团优先结合所致。同时,Hg-Se/SO42--Mont样品中的Hg主要以HgCl2的形式存在。根据样品制备工艺,Cl-来源于HgCl2溶液。因此可以推断,HgCl2主要吸附在Se/SO42--Mont上形成Hg-Se/SO42--Mont。
图1 Hg-Se/S-Mont和模型化合物的HgLIII边缘XANES最小二乘拟合结果
在盆栽实验中:旱作条件下盆栽试验土壤中酸溶性汞和甲基汞含量如图2。除Na2S处理外,各处理的水溶汞含量均较对照降低19% ~ 65% (p<0.05)。除Se/ S0-Mont和Se处理外,其余处理均使土壤模拟胃酸溶汞水平降低25% ~ 42% (p<0.05)。与对照相比,除Mont处理外,各原料和Se/S-Mont处理均显著降低土壤中MeHg含量32% ~ 77% (p<0.05)。总体而言,Se/S-Mont对土壤中甲基汞和生物有效汞的降低程度并不比原料低。
图2 土壤形态汞和甲基汞浓度
图3为旱作条件下盆栽试验中各处理组土壤有效硒含量。与对照相比,硒处理土壤水溶性硒、交换性硒和酸溶性硒含量分别显著提高24%、92%和114% (p<0.05)。与硒处理相比,Se-Mont的水溶性硒、交换性硒和酸溶性硒含量分别降低了15%、5%和37% (p<0.05),Se/S-Mont处理的有效硒含量进一步降低了4 ~ 51% (p<0.05);特别是在Se/S2--Mont处理中,有效硒含量下降到与对照组相似的水平(未加硒)。
图3 土壤形态硒浓度
在大田试验中:添加Se/SO42--Mont和Se/S2--Mont后,叶片THg含量分别降低69%和57% (p<0.05),茎中THg含量均降低92%以上(p<0.05)。对照叶片和茎中硒含量分别为0.08 mg/kg和0.22 mg/kg。与对照相比,Se/SO42--Mont和Se/S2--Mont处理使叶片硒含量略有增加,分别达到0.13 mg/kg和0.40 mg/kg,而茎部硒含量与不加硒处理相比差异不显著,分别为0.22 mg/kg和0.19 mg/kg。虽然叶片中的硒含量略有增加,但狼尾草茎的生物量约为叶片的4倍。因此,外源添加Se/S-Mont对狼尾草硒含量无显著影响。
图4 叶部、茎部总汞浓度(a);叶部、茎部总硒浓度(b)
相关研究成果在线发表于SCI二区Top期刊Ep(IF2023=9.98)。2019级博士研究生冉澍为第一作者,何天容教授为通讯作者。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121719