Tlo je jedan od resursa na koji se ljudi oslanjaju za preživljavanje i temelj je važnih komponenti ekološkog okruženja. U procesu transformacije prirode, posebno brzim razvojem industrije i ekspanzijom globalne trgovine, hemijska industrija je postigla brzi razvoj. Nakon toga, šteta po životnu sredinu uzrokovana hemijskim zagađenjem postaje sve veća. Problem zagađenja tla teškim metalima postao je posebno izražen. U stranim zemljama, bolovi u kostima uzrokovani prekomjernim nivoom kadmijuma i Minamata bolest uzrokovana prekomjernim nivoom žive direktno ugrožavaju živote i zdravstvenu sigurnost ljudi. „Incident s kadmijumskom rižom Hunan“ koji se dogodio oko 2013. godine u Guangdongu u Kini također je alarmirao ljude. Državni savjet je 28. maja 2016. godine implementirao „Akcioni plan za sprječavanje i kontrolu zagađenja zemljišta“ (član 10.), kojim je izričito propisano da se kontrola i sanacija zagađenja trebaju provoditi radi poboljšanja kvaliteta regionalne životne sredine tla. Posebno u područjima sa zagađenim zemljištem teškim metalima, kao što su grad Taizhou u provinciji Zhejiang, grad Huangshi u provinciji Hubei, grad Changde u provinciji Hunan, grad Shaoguan u provinciji Guangdong, grad Hechi u autonomnoj regiji Guangxi Zhuang i grad Tongren u provinciji Guizhou, treba uspostaviti prioritetne oblasti. Dati punu ulogu vodećoj ulozi vlade, uspostaviti posebne fondove za prevenciju i kontrolu zagađenja tla od strane centralnih i lokalnih vlasti na svim nivoima i povećati podršku radu na prevenciji i kontroli zagađenja tla. Od 1990-ih, zelene hemikalije i srodne tehnologije ostvarile su veliki napredak u liječenju zagađenja tla teškim metalima, uz istaknuta istraživanja vezana za derivate asparaginske kiseline, poliasparaginske kiseline (PASP) i iminodisukcinske kiseline (IDHA).

1. Biomimetičke sintetičke hemikalije - PASP

PASP je sintetički protein topiv u vodi koji prirodno postoji u sluzi morskih školjki kao što su kamenice. PASP struktura je bez brojnih karboksilnih i amino grupa, sa asimetričnim α、β dvije konfiguracije, svestranim i ekološki prihvatljivim multifunkcionalnim biopolimernim materijalom sa širokim spektrom primjena. Široko se koristi za suplementaciju ishranom biljaka, poboljšanje efikasnosti đubriva, inhibiciju raspršenog kamenca u industriji tretmana vode, tretman teških metala u zemljištu, itd. U brojnim poljima primene, PASP promoviše rast useva. Najvažnije. S obzirom na jedinstvenu funkciju PASP-a helirajuće i dispergirajuće ione metala, mnogi istraživači sve više cijene korištenje soli poliasparaginske kiseline u liječenju zagađenja tla teškim metalima. Trenutno se istraživanja soli poliasparaginske kiseline u ovoj oblasti uglavnom fokusiraju na hemijske i biološke metode tretmana.

1.1 Zakon o hemijskom tretmanu

Metoda hemijskog tretmana za zagađenje teškim metalima u PASP zemljištu odnosi se na metodu korišćenja karakteristika PASP helirajućih metalnih jona, kombinovanja sa ionima teških metala, a zatim korišćenjem metoda ispiranja ili ekstrakcije za odvajanje PASP kelata teških metala iz tla, čime se uklanjanje teških metala iz tla. Kada se PASP koristi za kontrolu zagađenja tla teškim metalima, na njega manje utiče pH okoline. Istraživanje Cao Zhenyua pokazuje da kada se PASP primjenjuje na oscilatorno ispiranje kontaminiranog tla, brzina uklanjanja teških metala soli poliasparaginske kiseline je veća u okruženju sa nižim pH, posebno pri pH 1. U studiji o teškim metalima u mulju iz Taopu postrojenje za tretman otpadnih voda u Šangaju, istraživači su otkrili da PASP ima dobre performanse ekstrakcije raznih teških metala u mulju umjerene kiselosti. Međutim, istraživači imaju različita mišljenja o vrstama teških metala koje PASP može aktivirati, ali mogu demonstrirati bogatstvo svojih keliranih tipova teških metala sa strane. Zhang Hua je otkrio da radeći zajedno sa vodonik peroksidom, PASP može efikasno izvući Zn, Ni, Cu, kao i nešto Cd i Cr iz mulja. Fang Yifeng et al. istraživanjem je otkriveno da PASP ima dobar efekat ekstrakcije na jone teških metala Cd, sa stopom ekstrakcije koja prelazi 50%, a što je veća količina korišćenog PASP-a, to je bolji efekat ekstrakcije. Wen Dongdong vjeruje da PASP može efikasno ukloniti Pb iz tla, ali njegov učinak poboljšanja na uklanjanje Cu i Cr nije značajan; Glavni razlog za ovaj zaključak je da PASP podstiče transformaciju oblika teških metala Cu i Cr u tlu, što rezultira slabom pokretljivošću i utiče na efikasnost njegove ekstrakcije.

1.2 Zakon o biološkom upravljanju

Metoda biološke obrade zagađenja teškim metalima u PASP zemljištu odnosi se na korištenje PASP kao pomoćnog sredstva za biološki tretman zagađenja teškim metalima u tlu. Koristeći regulatorni učinak PASP-a na biološke enzime u usjevima ili poboljšavajući učinak PASP-a na tlo, PASP se može kombinirati s ionima metala kao što su Fe, Zn, Mn u tlu kako bi formirao egzogene biološke enzime za usjeve, čime se promovira poboljšanje prinosa i kvaliteta usjeva, te poboljšanja apsorpcije teških metala od strane usjeva. Dakle, to je metoda za kontrolu teških metala u tlu. Kao sinergistički agens koji se široko koristi u Kini, PASP ima neupitan učinak na rast usjeva, što daje inspiraciju istraživačima u istraživanju tretmana teških metala.

Xu Lijevo istraživanje pokazuje da PASP može potaknuti rast trave vetivera, povećati sadržaj hlorofila u travi vetivera, ojačati fotosintezu biljaka, posebno u uslovima niske koncentracije Cu. PASP može potaknuti rast trave vetivera i donekle ublažiti oštećenje Cu tkiva trave vetivera. Zhang Xin et al. utvrdili da unutar određenog raspona koncentracija, aktivacijska sposobnost PASP-a za Pb i Cd raste s povećanjem koncentracije PASP-a; Istovremeno, u eksperimentima sa saksijama ustanovljeno je da PASP ima značajan efekat jačanja na sanaciju kukuruzom kontaminiranog zemljišta teškim metalima. Xu Weiwei et al. vjeruju da dijeljenje PASP i FeCl3 ima dobar učinak na zagađenje Cd, a za razliku od drugih hemijskih agenasa, korištenje PASP tretmana može značajno poboljšati rast biomase usjeva. Dou Qiaohui je otkrio da pod Cu i Cd stresom, primjena soli poliasparaginske kiseline u paradajzu ne samo da može uravnotežiti ishranu biljaka, poboljšati aktivnost enzima u organizmima, promovirati rast usjeva, već i poboljšati kvalitet paradajza, smanjiti sadržaj Cu i Cd koji se može apsorbirati, što je korisno za upravljanje zagađenjem tla teškim metalima. 

2. Zeleni helirajući agens - IDHA

Kelatni agensi su jedna od najčešće korišćenih hemikalija, pokrivajući gotovo sve industrije kao što su farmaceutska, hemijska, tekstilna, dnevna hemikalija, proizvodnja papira, hrana, koža, guma, poljoprivreda, naftna polja, rudarstvo, tretman zemljišta, itd. Tradicionalni helatni agensi uglavnom uključuju etilendiamintetrasirćetnu kiselinu i njene soli (EDTA), hipoaminotrioctenu kiselinu i njene soli (NTA), dietilentriaminpentasirćetnu kiselinu i njene soli (DTPA), limunsku kiselinu, vinsku kiselinu, itd.; Među njima, EDTA je postala najrasprostranjenije sredstvo za heliranje zbog svoje izvrsne sposobnosti keliranja i odlične isplativosti. Međutim, proces proizvodnje EDTA je ozbiljno zagađen i teško se razgrađuje u prirodnom okruženju, što može uzrokovati ozbiljno zagađenje okoliša i može uzrokovati ispiranje supstanci teških metala u sistem podzemnih voda nakon primjene, što predstavlja određeni rizik za zdravlje ljudi. Osim toga, otpadne vode koje sadrže EDTA će nositi štetne metale iz podvodnog mulja u vodno tijelo nakon ispuštanja, uzrokujući nove opasnosti po ljudsko i ekološko zdravlje; Stoga je Europska unija izdala relevantne propise koji zahtijevaju da koncentracija EDTA u rijekama bude između 10 i 100 μ G/L, a koncentracija od 1-10 u jezeru μ G/L je najstroži zahtjev među svim umjetnim jedinjenjima. . Sa jačanjem ekološke svijesti, ljudi postupno počinju djelovati po tom pitanju. Direktiva EU 1999/476/ECL187/52 izričito zabranjuje upotrebu EDTA u više industrija kao što su hrana, medicina i tekstil. Istovremeno, ograničava njegovu upotrebu u industriji pranja i postupno jača istraživanja o zelenim hemikalijama. U samo nekoliko godina širom svijeta pojavile su se mnoge nove vrste hemikalija sa svojstvima helatiranja, a IDHA je njihov predstavnik. IDHA ima relativno stabilna hemijska svojstva i može održati dobru stabilnost u jakim kiselim i alkalnim medijima. U poređenju s EDTA, ima dvije istaknute karakteristike: (1) ima strukturu liganda tetrakarboksilne kiseline, umjerenu sposobnost heliranja i lako je postići helaciju i dehelaciju metalnih jona. Konstanta helacije za opće ione metala je nešto niža od EDTA, ali neki joni kao što je Cu2+ imaju veće konstante helacije od EDTA; (2) Netoksičan, bezopasan, čist proizvodni proces, lako biorazgradiv i može se u potpunosti razgraditi na biorazgradive aminokiseline i jantarnu kiselinu. Trenutno se ova hemikalija postepeno primjenjuje u različitim oblastima kao što su poljoprivreda, štampanje i bojenje, proizvodnja papira, dnevne hemikalije, tretman vode i zagađenje teškim metalima. Izvještaji IDHA-e o sanaciji zagađenja tla teškim metalima uglavnom se fokusiraju na biološke i hemijske metode tretmana.

2.1 Zakon o biološkom upravljanju

Liu Xiaona smatra da IDHA (sol) tretman biljaka kukuruza značajno povećava koncentraciju Cd u nadzemnim dijelovima u usporedbi sa slepom kontrolom i EDTA tretmanom, a također značajno poboljšava koncentraciju Cu u nadzemnim i korijenskim dijelovima u odnosu na slijepu kontrolu i EDTA. tretman, koji pomaže da se ubrza upravljanje teškim metalima u tlu. Tian Haoqi je kroz eksperimente pokazao da IDHA (sol) može aktivirati fiksirani As i Cd u tlu, podstičući biljnu apsorpciju teških metala.

2.2 Zakon o hemijskom tretmanu

Metoda kemijskog tretmana ima karakteristiku brzog uklanjanja teških metala iz kontaminiranog tla, što se široko koristi i može u potpunosti riješiti probleme. Međutim, izazov je kako efikasno odvojiti helatore od teških metala i reciklirati ih.

Kroz kontinuirano istraživanje, istraživači su otkrili da nova IDHA ima potencijal da riješi gore navedene probleme: (1) IDHA ima visoku efikasnost heliranja. Prema istraživanjima, efikasnost ekstrakcije IDHA (soli) za Cd u mulju elektrane pod određenim uslovima iznosi 68%. Istovremeno, pod uslovom dodavanja 1,2% fosforne kiseline, efikasnost ekstrakcije IDHA za Cu i Ni u mulju je značajno poboljšana, sa brzinama ekstrakcije preko 90%. Duan Gaoqi je otkrio kroz istraživanje da IDHA ima dobar učinak uklanjanja teških metala u mulju elektrane, posebno kada je ukupni molarni omjer IDHA i teških metala 8:1 i doda se mala količina H3PO4, učinak uklanjanja je najbolji . (2) IDHA se lako eluira i postiže odvajanje. Hu Xiaojun IDHA smatra glavnom komponentom ekološki prihvatljivog rješenja za ispiranje. U uslovima neutralne kiselosti zemljišta, IDHA ima dobru sposobnost eluiranja za teške metale u tlu, sa stopom uklanjanja jednokratnog ispiranja iznad 90%. Može efikasno eluirati teške metale u tlu i otkrio je da se IDHA može potpuno razgraditi mikroorganizmima u okolišu bez izazivanja zagađenja. To je idealna ekološki prihvatljiva supstanca za ispiranje tla za remedijaciju teških metala. (3) IDHA može promijeniti postojeće oblike teških metala i ima potencijal da fundamentalno riješi zagađenje teškim metalima. Wang Guiyin i dr. istraživanjem je otkriveno da IDHA može efikasno ukloniti teške metale iz kontaminiranog tla i smanjiti ekološki rizik od rezidualnih teških metala. Može smanjiti preostale količine Cd, Pb i Zn rastvorljivog u vodi, izmjenjivog i karbonatnog vezanog Cd, Pb i Zn u tlu. Chen Chunle et al. takođe dobio slične rezultate.

3. Prospecting
4.  

U poređenju sa postojećim agensima za heliranje jona teških metala u tlu, PASP i IDHA imaju svoje jedinstvene karakteristike: (1) ove dvije supstance imaju umjerenu sposobnost heliranja i lakše se odvajaju od jona teških metala u kasnijem tretmanu; (2) Ove dvije tvari se lako razgrađuju, a degradirani proizvod je mješavina asparaginske i maleinske kiseline, koju usevi ili mikroorganizmi mogu koristiti bez ostataka i neće uzrokovati organsko zagađenje tla; (3) Ove dvije supstance imaju biološki promotivni efekat i mogu se koristiti kao pomoćno sredstvo za kontrolu zagađenja tla teškim metalima; (4) Među ove dvije supstance, funkcija hemijske metode IDHA može biti superiornija od funkcije biološke metode, dok je PASP suprotna. Kroz relevantna istraživanja, kombinacija različitih metoda remedijacije može učinkovito poboljšati efikasnost kontrole zagađenja teškim metalima, kao što je mješovita metoda remedijacije mikrobnog remedijacionog agensa i hemijskog remedijacionog agensa, metoda bioremedijacije biougljenim materijalom (Yatuocao), visokoaktivnog mikrobnog zeolita metodom remedijacije i metodom remedijacije mikrobne (Aspergillus flavus) biljke (Rygrass).

Stoga autor smatra da kombinacija navedenih proizvoda može organski kombinovati biološke i hemijske metode, što ne samo da odražava brzu i efikasnu prirodu hemijskih metoda, već odražava i sigurnost i zelenu prirodu bioloških metoda, te može formirati novu oblik upravljanja za biološke hemijske metode. Autor smatra da se primena PASP i IDHA u tretmanu zagađenja zemljišta teškim metalima može pokušati biohemijskom metodom, što znači da nakon što se ova dva zajedno koriste, biološka efikasnost PASP i efikasnost hemijske ekstrakcije IDHA mogu koristiti za zajedničku promociju tretmana zagađenja teškim metalima. Iako su neki od izvještaja koji se spominju u ovoj studiji još uvijek u fazi istraživanja, uz implementaciju relevantnih propisa u nacionalnim politikama kao što su „Deset principa tla” i poboljšanje podrške, izgledi za korištenje PASP-a i IDHA-e za liječenje teških metala kontaminirano tlo će postajati sve bolje i bolje.