巯基改性层状双氢氧化物：高效新型钝化剂在酸碱性镉污染土壤中的固定化应用

本文创新性合成巯基改性MgAl/ZnAl层状双氢氧化物（MP-LDHs），通过共沉淀-缩合法构建结构稳定、性能优越的土壤钝化剂。实验证实其最大Cd2+吸附容量提升1.6–1.8倍，XPS揭示巯基络合与羟基沉淀双重机制。田间试验显示0.025%剂量即可24小时内降低碱性/酸性土壤有效镉38.41%–93.20%，盆栽实验使小白菜茎叶镉含量下降53.52%–95.24%。该研究为镉污染土壤绿色修复提供超低剂量、广谱pH适应的高效解决方案。

　　

Highlight

本研究通过温和的共沉淀-缩合法成功合成巯基改性MgAl/ZnAl层状双氢氧化物（MP-LDHs），为农业镉污染土壤修复提供创新解决方案。

结构表征

XRD分析显示，巯基改性使LDHs层间距显著扩大（003晶面峰向低角度偏移），FTIR证实-SH特征峰（2560 cm^-1）成功嫁接。BET测试表明比表面积提升2.3倍，孔径分布优化为介孔主导（3-5 nm），动态光散射（DLS）显示粒径控制在200-500 nm范围。²⁷Al/²⁹Si NMR谱揭示Al-O-Si键形成，证实MPTMS硅烷与LDHs骨架的共价键合。

吸附机制

XPS精细扫描发现Cd 3d_5/2结合能在412.1 eV（Cd-S键）和405.3 eV（Cd-OH键）双特征峰，验证巯基络合与羟基沉淀的协同作用。等温吸附实验符合Langmuir模型，MgAl-MP-LDHs最大吸附量达526.3 mg·g^-1，较未改性材料提升180%。

土壤应用

酸性土壤（pH 5.2）中0.025% MP-LDHs处理24小时使DTPA提取态镉降低89.7%，碱性土壤（pH 8.1）同样实现76.4%的固定率。盆栽实验证实小白菜生物量增加12-18%的同时，茎叶镉含量低于国家食品安全限值（0.2 mg·kg^-1）。

Conclusion

MP-LDHs凭借超低剂量（0.025%）、快速响应（<24 h）和广谱pH适应性，为镉污染农田的安全利用提供可规模化应用的解决方案。其双重钝化机制与植物营养元素（Mg/Zn）的协同作用，展现出"边修复边生产"的农业环境工程潜力。