建筑废弃土资源化制备GIS型沸石修复镉污染土壤的可持续策略

针对建筑废弃土堆积和镉(Cd)污染土壤治理两大环境难题，南方科技大学团队创新性地将废弃土转化为低成本、无毒的GIS型沸石(GIS-zeolite)。研究表明，该材料仅需0.3%添加量即可将土壤中可交换态Cd从41.4%降至21.3%，其机制涉及表面化学吸附和Na+释放的协同作用。这项发表于《Journal of Hazardous Materials》的研究为城市固废资源化和重金属污染治理提供了双赢解决方案。

　　

随着中国城市化进程加速，建筑废弃土年产量已突破亿吨级规模，仅深圳2023年就产生8108万吨，其中60%被迫填埋。与此同时，湖南等地稻田土壤镉(Cd)超标率高达90%，这种强致癌重金属通过食物链威胁人体健康。面对"废弃土无处安放"与"镉污染无处可逃"的双重困局，南方科技大学的研究团队独辟蹊径，将建筑废弃土变废为宝，开发出全球首个"土壤-GIS沸石"转化技术，相关成果发表于环境领域顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》。

研究团队采用水热合成法(hydrothermal synthesis)，通过对硅铝凝胶Si/Al比、NaOH用量等参数的精准调控，成功实现三种典型建筑废弃土（高岭土型、地开石型和蒙脱石型）向GIS型沸石的高效转化。特别值得注意的是，该技术省去了传统沸石合成所需的煅烧预处理，铝硅原子转化率分别达87.28%和78.75%，使合成成本降至335美元/吨，较商业沸石降低约60%。

在"GIS沸石合成"部分，研究发现当硅铝凝胶Si/Al比为1.5、NaOH浓度1.5?mol/L时，结晶度最优。X射线衍射(XRD)证实产物为纯相Na₆Al₆Si₁₀O₃₂·12H₂O，扫描电镜(SEM)显示其呈现特征性的八面体形貌。相较于传统NaA和NaX沸石，GIS沸石在宽泛的pH(4-10)和温度(25-60°C)范围内均保持稳定结构。

关于"镉稳定化性能"的研究显示，GIS沸石通过双重机制固定Cd²⁺：初期依靠表面羟基(-OH)的化学吸附快速捕获Cd²⁺，后期通过Na⁺的渐进释放将Cd²⁺锁定在沸石骨架中。X射线光电子能谱(XPS)证实Cd-O键的形成，而电感耦合等离子体(ICP)检测显示Na⁺释放量与Cd²⁺吸附量呈1:1化学计量关系。在实际污染土壤修复中，0.3%添加量即可使可交换态Cd降低48.6%，效果显著优于生物炭等传统材料。

这项研究的突破性在于：首次实现建筑废弃土到功能材料的直接转化，开辟了"以废治污"新范式；阐明了GIS沸石"吸附-固定"双阶段镉稳定化机制；开发的低温水热工艺能耗仅为传统方法的1/3。正如作者在"环境启示"部分强调的，该技术有望同步解决城市固废治理和农田安全利用两大国家战略需求，为《土壤污染防治行动计划》提供了可规模化推广的技术支撑。未来研究将聚焦于GIS沸石的再生利用和长期稳定性评估，以进一步推动其工程化应用。