酸性矿山废水回收制备环境友好型纳米铁肥：可持续农业与资源循环利用的创新策略

这篇研究创新性地利用酸性矿山废水(AMD)通过选择性沉淀和煅烧工艺合成铁氧化物纳米颗粒(IONPs)，其主要成分为赤铁矿(hematite)，并含有多种植物必需营养元素。研究证实IONPs具有优异的营养释放特性（Fe、Ca、Mg、P等），可作为高效纳米肥料(nano-fertilizers)，为解决传统肥料效率低、环境污染等问题提供绿色解决方案，同时实现矿业废弃物资源化利用。

　　

环境友好型纳米铁肥的农业应用潜力

1 引言

现代农业过度依赖合成农化品导致水体富营养化和土壤退化等问题。传统肥料利用率不足50%，而纳米肥料因其高比表面积和特殊理化性质成为革新方向。铁氧化物纳米颗粒(IONPs)在生物医药和水处理领域已有广泛应用，其作为铁营养载体在农业中的潜力亟待开发。与此同时，矿业活动产生的酸性矿山废水(AMD)含高浓度铁等金属，传统处理成本高昂。本研究创新性地将AMD转化为IONPs，实现"以废治废"的循环经济模式。

2 实验方法

研究团队从巴西南部的煤矿采集AMD，通过选择性沉淀结合750°C煅烧30分钟的工艺合成IONPs。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等技术表征发现，产物主要含赤铁矿(Fe₂O₃)，同时存在钠镁硫酸盐矿物（thenardite、bl?dite等）。通过阳/阴离子交换树脂(CER/AER)模拟植物吸收环境，评估营养元素生物有效性。

3 结果与讨论

3.1 纳米颗粒特性

X射线荧光分析显示IONPs含51.8% Fe₂O₃，以及Mg、Zn、Cu等植物必需微量元素。值得注意的是，As、Cr等有害元素含量极低（<0.32%），未检出Pb、Cd。XRD图谱确认赤铁矿为主晶相，FTIR在538 cm^-1处的特征峰证实Fe-O键存在。SEM显示颗粒呈球形，平均粒径0.87 nm，但存在因干燥导致的团聚现象。

3.2 农用价值评估

营养释放实验显示IONPs具有显著生物有效性：CER提取出112.3 mg/kg Fe、140.5 mg/kg Zn，AER提取出244.4 mg/kg Fe。这种差异源于赤铁矿晶体中Fe的缓释特性，而Zn、Mg等元素更易从矿物表面解吸。特别值得注意的是，IONPs释放的Zn浓度（140.5 mg/kg）可有效缓解全球约50%耕地存在的锌缺乏问题。

4 结论

该研究成功将环境污染物AMD转化为高附加值纳米肥料，其中赤铁矿结构确保铁元素缓慢释放，而伴生的硫酸盐矿物则提供速效养分。这种"纳米级"营养载体相比传统肥料可减少淋失风险，有望在缺铁土壤改良和营养强化作物栽培中发挥作用。未来需开展田间试验验证其农学效果，并建立严格的环境风险评估体系。

（注：全文严格基于原文数据，所有专业术语均标注英文原名，理化参数保留原始单位和表示方法）