螯合剂与生物表面活性剂强化电动修复技术对砷镉复合污染土壤的协同去除机制

针对中国土壤砷(As)和镉(Cd)复合污染治理难题，研究人员通过电动修复(EK)技术结合乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CA)和鼠李糖脂(RL)三种添加剂，系统评估其对污染土壤的协同修复效果。结果表明：三种添加剂通过形成可溶性络合物显著提升重金属迁移率，其中CA体系对As/Cd的去除率最佳(C/C0分别达0.51和0.29)，EDTA对Cd的螯合效应突出(C/C0=0.46)，RL则对As有选择性去除优势。该研究为复合污染土壤修复提供了关键技术参数和理论支撑。

　　

随着中国城市化进程加速，土壤重金属污染已成为威胁生态环境和农产品安全的重大隐患。其中，砷(As)和镉(Cd)的复合污染尤为棘手——这两种元素不仅难以自然降解，还会通过食物链富集危害人体健康。更复杂的是，As和Cd在土壤中的化学行为截然不同：As以阴离子形态存在，其迁移受氧化还原电位(Eh)影响显著；Cd则主要以阳离子形态存在，对pH变化极为敏感。这种特性差异导致传统修复技术难以实现协同去除，而复合污染引发的竞争吸附效应进一步增加了治理难度。

针对这一挑战，桂林理工大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，创新性地将电动修复(Electrokinetic Remediation, EKR)技术与三种功能添加剂联用，系统探究了乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CA)和鼠李糖脂(RL)对As-Cd复合污染土壤的修复机制。研究通过模拟污染实验发现，三种添加剂均能显著提升重金属去除效率，其中CA表现最为均衡，对As和Cd的残留率(C/C₀)分别降至51%和29%；EDTA虽对Cd的螯合效果突出(C/C₀=0.46)，但对As的去除效率相对有限；RL则展现出对As的特殊亲和性。形态分析表明，添加剂通过形成可溶性络合物将酸提取态重金属比例降至原始土壤的0.015-0.82倍，这一发现为复合污染精准修复提供了新思路。

关键技术方法包括：1) 模拟污染土壤制备（采自桂林红壤，添加As₂O₃和Cd(NO₃)₂）；2) 电动修复实验系统（直流电场强度1V/cm）；3) 重金属形态连续提取法（BCR三步法）；4) Visual MINTEQ化学形态模拟；5) 电感耦合等离子体(ICP)元素分析。

主要研究结果

1. 土壤样本制备：选用桂林典型红壤为基质，其高岭石和铁氧化物含量为重金属吸附-解吸研究提供了理想载体。通过人工添加三氧化二砷和硝酸镉构建复合污染体系。

2. EDTA的影响：该螯合剂对Cd的去除率高达74.21%，显著优于As的41.87%。机理研究表明，EDTA与Cd²⁺形成稳定络合物[Cd-EDTA]^2-，在电场驱动下向阳极迁移；而As因与土壤铁氧化物结合紧密，需更强络合作用才能解吸。

3. 结论：三种添加剂通过不同机制提升修复效率——EDTA强螯合、CA的还原-络合双重作用、RL的生物表面活性效应。特别值得注意的是，CA能将土壤中酸提取态Cd降至原始值的0.015倍，这对降低重金属生物有效性至关重要。

这项研究的突破性在于首次系统比较了不同添加剂对As-Cd复合污染电动修复的差异化效应。研究不仅证实了CA作为环境友好型添加剂的综合优势，还通过形态转化分析揭示了RL对As(III)的选择性活化机制。这些发现为发展"精准修复"技术提供了理论依据，尤其对南方酸性红壤区的污染治理具有重要实践价值。未来研究可进一步优化添加剂复配方案，并考察实际场地的长期修复效果。