综述：电化学方法修复砷、镉和铅污染土壤的机制、研究进展与展望

这篇综述系统阐述了电化学修复技术（Electrochemical Remediation）在治理砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）污染土壤中的核心机制与应用进展，重点解析了物理-化学-电动力学（Electrokinetic）协同作用原理，并探讨了耦合渗透反应屏障（PRB）等创新策略，为土壤重金属污染治理提供了高效低碳的技术路径。

　　

引言

土壤重金属污染已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题。砷（As）、镉（Cd）和铅（Pb）作为典型污染物，在中国土壤污染调查中检出率分别达14.3%、6.4%和16.9%。这些金属通过食物链富集可导致肾损伤、肺癌甚至儿童神经发育障碍。传统物理填埋、化学稳定化等方法存在效率低或二次污染风险，而电化学修复技术凭借设备紧凑、操作灵活和可回收金属等优势脱颖而出。

作用机制

电化学修复通过四重机制协同作用：

1. 物理过程：电流焦耳热效应促进污染物解吸，同时改变土壤孔隙结构；

2. 化学过程：电极反应生成H⁺/OH^-调控pH，影响As³⁺/As⁵⁺形态转化；

3. 电动力学过程：直流电场驱动Cd²⁺、Pb²⁺等阳离子向阴极迁移；

4. 电化学还原：阴极区将Pb²⁺直接还原为零价铅沉淀。

砷污染修复

针对As的多价态特性，研究发现：

• 铁阳极产生的Fe²⁺可与As形成稳定Fe-As共沉淀；

• 调节阴极区pH>10可使As⁵⁺吸附于水铁矿；

• 耦合羟基磷灰石渗透反应屏障（PRB）可提升去除率至92%。

镉污染治理

针对Cd的高生物活性：

• 柠檬酸电解质显著增强Cd解吸效率；

• 阴极区电沉积实现Cd²⁺回收；

• 生物炭改性电极在酸性土壤中固定率达89%。

铅污染控制

利用Pb易沉淀特性：

• 阴极还原生成Pb⁰纳米颗粒；

• 草酸电解质形成PbC₂O₄沉淀；

• 电动修复（EK）联合植物提取缩短周期40%。

多金属协同修复

复合污染面临的关键挑战在于不同金属的竞争迁移。最新研究通过：

• 脉冲电场调控As/Cd/Pb分步去除；

• 多层PRB设计实现选择性吸附；

• 微生物-电化学联用同步降解有机物。

未来展望

需突破电极材料寿命、异位金属回收等瓶颈，开发风光互补供电系统。人工智能优化电场参数和PRB配置将成为重要研究方向。