综述：植物修复与地质聚合协同作用：重金属污染土壤的可持续废物转化方法

这篇综述创新性地提出将植物修复（phytoremediation）与地质聚合（geopolymerization）技术协同整合，为解决重金属污染土壤的二次污染问题提供了可持续解决方案。通过植物富集（phytoaccumulation）结合地质聚合的三维网络稳定化机制，实现了重金属的永久封存，同时将污染生物质转化为环保建材，形成"污染治理-资源转化"闭环（waste-to-wealth）。该交叉研究为环境化学领域开辟了新方向。

　　

引言

重金属污染已成为全球性环境挑战，其环境持久性和生物累积性对生态系统构成严重威胁。传统修复技术如土壤洗涤（soil washing）、电动修复（electrokinetic remediation）等存在成本高、破坏土壤生态等缺陷。植物修复技术凭借其环境友好特性崭露头角，但后续处理中重金属可能重新释放的隐患制约了其应用。地质聚合技术因其独特的三维铝硅酸盐网络结构，展现出卓越的重金属固定化能力，为破解这一困局提供了新思路。

重金属的来源与毒性

密度超过4000 kg/m³的重金属在环境中具有双重性：微量Cu、Zn等是必需元素，而Pb、As等即使痕量也具剧毒。采矿、冶炼等人类活动显著加剧了其在环境中的积累。这些金属通过食物链富集后，可引发神经退行性疾病、癌症等严重健康问题。

植物修复技术体系

植物修复包含多种机制：

• 植物提取（phytoextraction）：超富集植物（hyperaccumulators）如东南景天可吸收超过2%Cd
• 植物稳定（phytostabilization）：通过根系分泌物固定金属
• 植物挥发（phytovolatilization）：将Hg、Se转化为气态
• 根际过滤（rhizofiltration）：利用水生植物净化

这些植物通过螯合肽（phytochelatins）合成、抗氧化系统激活等分子机制抵抗金属毒性。然而，收获后的生物质处理成为新的环境风险源。

地质聚合技术原理

地质聚合反应通过碱性激活铝硅酸盐前驱体（如粉煤灰FA、矿渣slag），经历四个阶段：

1. 表面Al/Si溶解
2. 离子扩散
3. 硅凝胶形成
4. 三维网络硬化

该过程产生的[-OAl(OH)₃]^-结构单元能通过离子交换、物理包裹、化学键合等多重机制固定重金属，其渗透系数低至10^-12 m/s，远超传统水泥（OPC）。

协同创新应用

最新研究首次将含Pb、Cu、Zn的植物生物质（Sporobolus pyramidalis）与煅烧粘土地质聚合物复合，成功实现：

• 重金属浸出率降低95%
• 抗压强度达35MPa
• 形成稳定的PbSiO₃结晶相

这种"植物修复-地质聚合"联用技术既解决了二次污染难题，又将污染生物质转化为建筑材料，完美诠释了"变废为宝"（waste-to-wealth）理念。

未来展望

该领域亟待深入研究：

• 不同植物-地质聚合物组合的适配性
• 长期环境稳定性验证
• 经济性评估与工程化应用

这项交叉研究为重金属污染治理提供了全新范式，其科学价值和应用前景值得环境化学、材料科学等多学科共同探索。