2012年，在《海西經(jīng)濟區(qū)緩變型地球化學災害研究》課題中，陳明等人根據(jù)緩變型地球化學災害的基本理論，探索了汞元素緩變型地球化學災害鏈的組成與阻斷途徑，將天然礦物的改性與納米技術結(jié)合起來，研發(fā)了土壤汞穩(wěn)定化劑。

深化地球化學工程學理論——用于水—土重金屬污染綜合修復

地球化學工程學的概念在本世紀初開始引入國內(nèi)，其原理是應用地球化學知識，通過人工制造的某些地球化學作用或利用地球化學原理制造的產(chǎn)品實現(xiàn)環(huán)境污染治理與管理的途徑、方法和技術。

地球化學工程技術用于修復重金屬污染土壤有三大優(yōu)勢：一是可以根據(jù)不同的土壤條件和污染物質(zhì)，選擇不同的非金屬礦物材料;其次有些非金屬礦物自身的重金屬含量微乎其微，進入土壤后可以在自然條件下與土壤中的組分結(jié)合，不會對環(huán)境造成二次污染，可以認為是一種清潔材料;第三，由于非金屬礦物價格低，低成本的修復劑具有天然的優(yōu)勢。

陳明等提出的“沙漠沙丘系統(tǒng)”是以地球化學工程學原理為指導的特殊水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用沙漠沙作為濾料，通過“機械過濾”、“化學作用”和“生物作用”凈化污染水，一方面可使沙丘變得濕潤而不再移動，以固定移動沙漠;另一方面又能凈化污染水，最終起到“以害克害、固沙治水、一舉多得”的良好綜合生態(tài)環(huán)境效應。“沙漠沙丘系統(tǒng)”是一種綠色的水處理系統(tǒng)，所需的原料和生成物都屬于自然界存在的物質(zhì)，無二次污染的發(fā)生。該系統(tǒng)可以把官廳水庫水由五類和超五類處理成二～三類水。其原理同樣適用于水—土重金屬的“斷源、截流和末端治理”綜合修復。

研發(fā)長效土壤修復劑——降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量

目前，國內(nèi)不少土壤修復劑存在以下問題：一是修復后由于生成物容易被氧化、中和或溶解而導致失敗，重金屬重新釋放出來，還容易造成土壤板結(jié);二是使用的材料在土壤環(huán)境中不穩(wěn)定，容易分解或降解。盡管有學者配合以納米和微生物等新技術，但依然不能避免修復效率低和長期穩(wěn)定性差的弊端。

為了避免上述問題，資源所土壤修復科研團隊充分發(fā)揮巖石學、礦物學和元素地球化學等的學科優(yōu)勢，利用不同天然礦物材料對重金屬的專屬吸附性，研發(fā)高效土壤重金屬穩(wěn)定化劑。經(jīng)過進一步的物理、化學和納米的改性，形成特殊微觀結(jié)構可將重金屬禁錮在土壤微粒中，不易被氧化、分解和重溶，從而使得修復效果具有長期穩(wěn)定性。在北京、天津、福建和河南等地的現(xiàn)場小試、中試和或典型示范，均證明了這些修復劑具有效率高和長期穩(wěn)定的特點。新型修復劑可降低65%以上的土壤活動態(tài)重金屬，并降低70%~95%的農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬。

高效低成本重金屬提取技術——永久性修復重金屬污染土壤

陳明帶領研究團隊將土壤系統(tǒng)看作成礦系統(tǒng)，用電動力模擬多期次脈動熱液成礦作用過程，人工模擬地球化學障研發(fā)重金屬捕獲器，形成了具有地學特色的“原地異位”的EK-SS電動修復技術，可以在48~72小時內(nèi)將土壤中重金屬去除60%~90%，而且成本接近于美國環(huán)保局最為推崇的穩(wěn)定化法，具有巨大發(fā)展前景。

環(huán)境保護部與國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染調(diào)查公報》顯示，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4種無機污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢。

土壤重金屬污染越來越多地被關注和重視。由陳明研究員和張佳文教授級高級工程師帶領的中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所的土壤修復科研團隊，先后提出一系列理論、方法和技術，研發(fā)了多種土壤修復劑和快速、高效、低成本的永久性修復技術，讓重金屬土壤重返潔凈。

建立土壤修復基礎理論——緩變型地球化學災害理論

“緩變型地球化學災害”理論是在國外“化學定時炸彈”的概念基礎上發(fā)展起來的。在謝學錦、吳傳璧和李家熙等老一輩科學家的關懷指導下，與嚴光生研究員、劉曉端研究員等合作，陳明等人首先著手研究了“緩變型地球化學災害”理論。2002年，國土資源部“十五”規(guī)劃中設置了《緩變型地球化學災害研究》項目。

緩變型地球化學災害研究的主要內(nèi)容包括物質(zhì)來源，遷移轉(zhuǎn)化途徑、規(guī)律和影響因素，災害鏈的組成與阻斷途徑，災害發(fā)生發(fā)展的定量模型和預測，災害的檢測監(jiān)控和信息處理技術等。

2004年，陳明在執(zhí)行科技部重點國際合作項目《大型城市水土環(huán)境污染機理與綜合修復技術研究》中，基于緩變型地球化學災害理論提出了炭石灰與其他礦物材料相結(jié)合進行重金屬污染土壤修復的思路，取得了較好的修復效果。

該技術可以實現(xiàn)重金屬污染土壤的永久性修復，而且低成本，速度快，目前已經(jīng)具有陽離子重金屬污染土壤修復和有機污染土壤修復兩大功能，可應用于城市污染場地、礦山周邊重污染土壤、工礦固廢、放射性污染廢渣等處理。由于電動修復屬于永久性修復技術，是2014年環(huán)保部頒布的《污染土壤修復導則》中規(guī)定、在相同條件下優(yōu)先使用的技術。

隨著“土十條”的實施，課題組今后將重點解決常規(guī)技術不能或難以解決的礦山環(huán)境、選冶企業(yè)、城市高價值污染地塊和重金屬企業(yè)廢水、固體廢棄物的處理問題，目標是永久性去除目標物中的重金屬及重金屬的回收，切斷土地重金屬的污染源。同時，發(fā)揮電動修復和土壤重金屬固定穩(wěn)定化技術方面的特長，將現(xiàn)有的修復技術應用于工礦、有色金屬選礦與冶煉、石油加工、化工、焦化、電鍍、制革等污染土壤(廢渣)的修復，盡快將已有技術和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、市場化。