深圳大学材料学院 11 环境友好材料 环境友好材料 深圳大学材料学院 深圳大学材料学院 环境修复材料 深圳大学材料学院 深圳大学材料学院 环境修复是指包括生态修复在内的多种技术用于处理污染或破坏的环境的方面。 治理修复，恢复被污染、破坏的生态环境。 常见的修复材料和技术包括利用不同类型的植物、不同类型的非金属矿物等材料进行修复及相关技术。 植物修复：是利用植物控制水、土壤、沉积物等介质污染的技术。 植物修复技术包括植物提取、植物稳定、根际修复、植物转化、根际过滤、植物挥发等六种技术。 微生物修复：利用微生物将环境中的污染物降解或转化为其他无害物质的过程。 动物修复：是指通过土壤动物的直接（吸收、转化和分解）或间接作用（改善土壤理化性质，增加土壤肥力，促进植物和微生物生长）来修复土壤污染的过程。 深圳大学材料科学与技术学院环境污染治理材料是常用环境净化材料、环境修复材料、环境替代材料的总称。 环境净化材料包括空气污染治理材料、水污染治理材料、隔音吸音材料、减少电磁波污染的防护材料等。 空气污染治理材料一般包括吸附、吸收和催化转化材料； 水污染治理材料包括沉淀材料、中和材料和氧化还原材料； 其他环境净化材料包括过滤、分离、灭菌、消毒材料等。
环境修复材料包括防止土壤沙化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料、臭氧层修复材料、有害元素修复材料等。环境替代材料包括替代氟利昂的制冷剂材料、工业与民用无磷化工材料、工业石棉替代材料，以及其他有害物质（如汞等）替代材料。 深圳大学材料科学与技术学院矿山开发经常造成重金属元素污染土壤或水系统； 战争常常导致某些有害元素（如铀或TNT）在某个地区浓度极高； 而在某些工厂周边地区，由于工厂排放的污染气体、物体坠落或某些集水盆地常年积累大量污染物，使得这些地区某些污染成分的浓度特别高； 深圳大学材料科学与技术学院每年约有1000万吨石油烃进入环境（不包括石油加工业的损失）。 此外，世界各国每年使用约1500万吨各种农药，并在大片农田上大量喷洒，对土壤、地下水、水系统和海洋造成严重污染。 在我国，华北油田周边很多农田因原油污染而无法耕种，每年必须支付大量资金作为补偿。 全国各地储油场泄漏污染地下水，严重威胁地下水资源质量。 深圳大学材料科学与工程学院 14.1 植物对环境的修复作用 14.1.1 类型及特点 植物修复是在污染地区种植某些对污染物具有耐受性和高积累特性的植物，利用植物自身的生长能力通过代谢或与根系微生物共同作用，吸收、固定或消除环境中的污染物，并在适当的时候收获植物，使受污染的环境恢复到原始状态的一种原位污染控制技术。 深圳大学学院材料（一）水葫芦对富营养化水体的吸附作用：水葫芦又称水葫芦，是控制水体富营养化的常用材料。
由于水葫芦对水中的N、P有较强的吸附作用，可以去除水中多余的N、P，净化水体。 因此，它是人类常用的经济有效的净化材料。 不仅可以去除水中的N、P，水葫芦与人工湿地系统相结合，可以去除工业废水中的大量污染物，降低BOD、COD、SS的含量。 优异的去除效果 深圳大学材料科学与工程学院 10(2) 红树林湿地在水净化中的作用 红树林是我国南方常见的树种，也是常见的水净化生物。 其根部生长在水中，对水中的N、P有较强的吸附作用。 含有氮和磷的红树林湿地长期以来被用作处理污水和工业废水的便捷场所。 深圳大学材料科学学院 11 植物修复与其他物理、化学、生物原位或异位污染治理方法相比具有明显的优势：投资少、简单易行、基本不产生二次污染、对整个环境有害。 都有净化作用。 此外，植物在去除土壤污染物的同时，还带来了丰富的有机质和根系分泌物，从而刺激根区微生物的繁殖和生长，改变土壤结构，提高土壤肥力，为其他修复植物的生存创造条件。 此外，这些植物在提供食物、纤维原料、建筑材料等的同时，还可以起到防风固沙、保持水土、美化环境的作用。 深圳大学材料科学学院 1214.1.2 环境植物修复的几种机制 植物修复可广泛应用于土壤、空气和水污染的治理。 根据其作用机制，可分为以下几类。
（1）植物提取是指某些植物直接吸收环境中的污染物并储存在各种组织中。 大多数污染物被根部吸收，而大气中的气态污染物或粉尘污染物可以通过植物叶片上的气孔被吸收，通过细胞间隙到达导管，然后输送到其他部位。 （2）植物转化吸收是指通过植物的根系和自身代谢，将污染物转化或降解，使其无毒的过程。 例如，有毒的Cr()被凤眼莲的侧根吸收，然后转化为无毒的Cr()。 然后慢慢移动到植物的其他部分。 深圳大学材料科学与工程学院 13(3) 植物固化 植物的根部含有促进金属氧化、还原和固定的生化物质。 同时，根结构中也有结合膜蛋白，会被吸附并稳定在根系中。 重金属，从而降低重金属在土壤中的迁移性，降低其生物利用度，降低其对生物体的毒性。 (4)植物-微生物复合相互作用主要是两者相互作用、共同作用而降解或转化、吸收污染物。 植物与微生物之间的相互作用是一个复杂的过程。 植物的根系分泌物和分解物是微生物的营养来源，微生物的活动也促进根系分泌物的释放。 这进一步影响了污染物的修复。 深圳大学材料科学与工程学院 1414.1.3 当前植物修复研究的几个领域 (1)化学添加剂强化植物修复研究 污染物特别是金属污染物大多以固体或液体形式存在于土壤颗粒的毛细管中，或形成固体膜或液膜吸附在土壤颗粒上，或存在于土壤有机质中。
这使得重金属的溶解度很小，限制了它们被植物的吸收和利用。 因此，植物修复效率大大降低。 为了克服这个缺点，开发了化学添加剂方法。 在土壤中添加化学添加剂（包括有机酸、无机酸、螯合剂等化合物），可以进一步增加土壤中重金属元素的溶解度，提高植物修复技术的效率。 深圳大学材料科学与技术学院 15 [2] 植物自我修复研究 植物修复的核心是利用植物的代谢作用转化有毒污染物并在自身不敏感（易于收获）的器官中积累，或形成它们经过转化不产生有毒物质。 李通过实验发现，杂交白杨还可以吸收并降解三氯乙烯。 虽然植物可以吸收并降解三氯乙烯而不会对植物造成任何危险，但它们的生长速度会受到影响。 例如，同样在八月生长一个月的杨树，其生长高度仅与对照组相同。 85%。 三氯乙烯可与植物细胞结合，通过植物代谢产生三氯乙醇、二氯乙酸和三氯乙酸。 深圳大学材料科学与工程学院 16(3) 植物-微生物嵌合修复研究 植物和微生物都具有转移和消耗污染物的作用，它们的共同作用有利于污染物的去除。 （4）转基因植物修复研究利用生物工程方法将某种基因导入植物体内，使植物具有所植入基因的全部特性，从而获得转基因植物。 例如，细菌有机汞裂解酶基因B使植物能够吸收甲基汞。
深圳大学材料科学与工程学院17(5)盐碱土和沙化土壤的植物修复研究。 植物利用辅助条件或自身因素固定或去除污染物，同时也保护和美化生态环境。 在高粱和芥菜的根部分泌物中鉴定出草酸和酒石酸。 此外，芥菜根分泌物中还检测到苹果酸和柠檬酸。 因此，这些植物可以在碱性土壤中生长。 例如，高粱、芥菜在碱性土壤中都能生长良好。 这是因为根系分泌的酸降低了根区微环境的土壤pH值，形成缓冲系统。 并避免碱对植物的危害。 种植积累钠和钾的植物，并在生长后期将其从土壤中除去，可以减少种植区盐碱化土壤的盐含量。 深圳大学材料科学学院 18 植物修复虽然有很多优点，但也有缺点。 特定的植物只能在特定的气候和土壤条件下生长。 植物对污染物的吸收是有选择性的。 植物只能生活在污染物浓度低于其耐受性的环境中。 如果超过耐受范围，就会中毒，影响修复效果。 为了达到良好的修复效果，一般需要选择生物量大、生长周期短、重金属等污染物积累部位易于采收和加工的植物。 这些都限制了超积累植物的选择。 植物修复一般需要较长时间，需要多次修复才能达到最佳效果。 在污染物的最终处理中，植物一般会被焚烧。 灰烬污染物中，高含量成分可回收利用，低端可填埋处置。 但如果处理不当，也会产生二次污染。 深圳大学材料科学学院 19 植物修复是一个新的研究领域。 虽然存在一些不足，但由于地球上植物种类繁多、分布广泛，且具有良好的经济效益和生态效益，随着研究的深入，植物修复必将在环境修复领域发挥更大的作用。
深圳大学材料科学与工程学院 20 14.2 非金属矿物对环境的修复作用 14.2.1 非金属矿物的种类及应用 大多数金属元素进入环境后都会对环境造成危害。 因此，当人们解决环境污染问题时，另一种途径就是设法寻找非金属矿物来去除环境污染元素，以达到净化环境的目的。 所谓非金属矿物是指以提取金属元素为主要目的的矿物。 自然界中主要指硅酸盐矿物和碳酸盐矿物。 由于其结构和组成特点，它们经常与环境中的污染元素进行交换、吸附或沉淀，导致环境中的有害物质（或元素）被去除，即使环境得到修复。 深圳大学材料科学学院 21 目前，使用的非金属矿物大部分是粘土矿物。 粘土矿物是自然界分布广泛的一类非金属矿物。 由于其优异的溶胀、分散、吸附、离子交换等性能，这些矿物已广泛应用于催化剂和吸附剂领域。 。 粘土矿物是可膨胀的层状硅酸盐。 基本结构是由硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片不同组合组成的晶体层。 由于晶层中广泛存在同晶取代，硅氧四面体中的Si可被Al、Fe取代，铝氧八面体中的A1可被Mg、Fe、Zn、Li、Ni等取代。其他离子，使得晶体层具有负电荷，该负电荷常常被层间域中的水合阳离子平衡。
因此，它们的层间域具有良好的离子交换性能和分子吸附特性。 深圳大学材料学院 22 14.2.2 主要吸附机理 非金属矿物在环境科学中的应用主要体现在：去除污水和土壤中的重金属离子和稀土元素等无机阳离子； 去除污水中的苯、胺、酚等有机物； 在水库底部（如垃圾场、污水渠底部）铺设阻隔材料，防止污染物进一步污染地下水； 用于处理核废料； 制成颗粒状材料作为过滤器的主要材料去除水中的不同细菌可以降低COD，或用于制作除硫剂、宠物土等。深圳大学材料学院23（1）离子交换吸附机理（2） ）配位机制表面配位模型主要用于描述氧化物颗粒表面的特定吸附行为。 在固液体系中，硅酸盐颗粒表面能与水形成水合氧化物层，表面呈负电性，有利于配位。 硅酸盐颗粒和磷灰石等矿物表面的羟基（SiOH），其表面常有大量的（POH）和（CaOH）键，还可与Pb、Zn、Cd等重金属离子配位和汞。 。 深圳大学材料科学与技术学院 24 (3) 改性机理：天然粘土矿物中存在亲水性无机阳离子，往往导致粘土矿物表面存在一层薄薄的水膜。 因此，不能有效去除苯酚、胺类等有机物。 。
为了去除环境中的有机物，采用一定的改性方法，让有机阳离子进入非金属矿物中，取代其中的水分子，形成有机粘土矿物。 有机粘土矿物也能吸附无机阳离子，但由于有机粘土矿物表面的疏水性，一般认为其主要目的是去除水和土壤中的有机物。 (4)共沉淀机理非金属矿物还可以通过自身溶解产生的阴离子与污染元素共沉淀，恢复环境。
