微波酸处理诱导蒙脱石内源活性位点增强土壤镉固定化研究

针对土壤镉(Cd)污染治理难题，研究人员通过微波辅助酸处理(MAT)技术活化蒙脱石(Mt)，成功构建了富含Al(V)缺陷的内源活性位点，使比表面积提升至388.32 m2/g，低浓度Cd去除率达99.9%。该研究为开发高效、可持续的粘土基重金属稳定剂提供了新思路。

　　

随着工业农业发展，镉(Cd)等重金属污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大隐患。镉因其高毒性和易蓄积性，在土壤-水系统中的迁移扩散尤其令人担忧。传统蒙脱石(Mt)虽能通过离子交换吸附镉，但在低浓度条件下驱动力不足，难以彻底清除环境中的微量镉。如何深度挖掘蒙脱石自身潜力，而非依赖外源修饰剂，成为当前研究的关键瓶颈。

湖北省自然资源研究项目基金支持的研究团队在《Applied Clay Science》发表创新成果，通过微波辅助酸处理(MAT)技术对蒙脱石进行结构重塑。该方法选择性生成高活性五配位铝(AlO₅)缺陷位点，使材料比表面积从69.4激增至388.32 m²/g。改性后的4MAT-Mt在低镉浓度下展现近100%的去除效率，远超原始蒙脱石(95%)，土壤淋溶实验中镉固定化率提升40.1%。

研究采用微波辅助酸蚀刻技术激活蒙脱石层间结构，通过X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附测试表征材料结构演变，结合伪二级动力学模型解析吸附机制，并开展批量吸附实验和土壤柱淋溶实验验证实际应用效果。

【结果与讨论】
材料特性：微波处理促使蒙脱石层间羟基选择性脱除，形成富含Al(V)的活性缺陷，FTIR显示3420 cm^-1处羟基振动峰显著减弱。
吸附性能：4MAT-Mt对10 mg/L Cd²⁺的吸附量达49.8 mg/g，准二级动力学常数k₂为0.0024 g/(mg·min)，表明化学吸附主导过程。
土壤修复：在50 mg/kg污染土壤中，4MAT-Mt使TCLP（毒性特征沥滤程序）提取态镉降低至检测限以下。

该研究突破传统改性思路，首次通过内源缺陷工程提升蒙脱石本征活性，为发展低成本、高效率的粘土基修复材料提供新范式。AlO₅缺陷位点的发现不仅解释吸附增强机制，更为其他层状硅酸盐材料的定向设计提供理论参考。研究成果对实现《土壤污染防治行动计划》中重金属风险管控目标具有重要实践价值。