Der Boden ist eine der Ressourcen, auf die der Mensch zum Überleben angewiesen ist, und er ist die Grundlage wichtiger Komponenten der ökologischen Umwelt. Im Prozess der Umgestaltung der Natur, insbesondere mit der rasanten Entwicklung der Industrie und der Ausweitung des Welthandels, hat die chemische Industrie eine rasante Entwicklung erreicht. In der Folge wurden die durch chemische Verschmutzung verursachten Umweltschäden immer schwerwiegender. Besonders hervorzuheben ist das Problem der Schwermetallbelastung im Boden. Im Ausland gefährden Knochenschmerzen, die durch zu hohe Cadmiumwerte verursacht werden, und die Minamata-Krankheit, die durch zu hohe Quecksilberwerte verursacht wird, das Leben und die Gesundheit der Menschen direkt. Auch der „Hunan-Cadmium-Reis-Vorfall“, der sich etwa 2013 in Guangdong, China, ereignete, löste bei den Menschen Alarm aus. Am 28. Mai 2016 setzte der Staatsrat den „Aktionsplan zur Vermeidung und Kontrolle der Bodenverschmutzung“ (Artikel 10) um, in dem ausdrücklich festgelegt wurde, dass die Kontrolle und Sanierung der Umweltverschmutzung durchgeführt werden sollte, um die Qualität der regionalen Bodenumwelt zu verbessern. Insbesondere in Gebieten mit Schwermetall-Bodenverschmutzung, wie der Stadt Taizhou in der Provinz Zhejiang, der Stadt Huangshi in der Provinz Hubei, der Stadt Changde in der Provinz Hunan, der Stadt Shaoguan in der Provinz Guangdong, der Stadt Hechi in der Autonomen Region Guangxi der Zhuang und der Stadt Tongren in der Provinz Guizhou, Schwerpunktbereiche sollten festgelegt werden. Die führende Rolle der Regierung voll ausschöpfen, Sonderfonds für die Prävention und Kontrolle der Bodenverschmutzung durch die Zentral- und Kommunalverwaltungen auf allen Ebenen einrichten und die Unterstützung für die Arbeit zur Prävention und Kontrolle der Bodenverschmutzung verstärken. Seit den 1990er Jahren haben grüne Chemikalien und verwandte Technologien große Fortschritte bei der Behandlung der Schwermetallverschmutzung im Boden gemacht, wobei die Forschung zu den Derivaten von Asparaginsäure, Polyasparaginsäure (PASP) und Iminodibernsteinsäure (IDHA) eine herausragende Rolle spielt.

1. Biomimetische synthetische Chemikalien – PASP

PASP ist ein wasserlösliches synthetisches Protein, das natürlicherweise im Schleim von Meeresschalentieren wie Austern vorkommt. Die PASP-Struktur ist frei von zahlreichen Carboxyl- und Aminogruppen mit asymmetrischen α、β-Konfigurationen, ein vielseitiges und umweltfreundliches multifunktionales Biopolymermaterial mit einem breiten Anwendungsspektrum. Wird häufig zur Ergänzung der Pflanzenernährung, zur Verbesserung der Düngemitteleffizienz, zur Verhinderung dispergierter Ablagerungen in der Wasseraufbereitungsindustrie, zur Behandlung von Schwermetallen im Boden usw. verwendet. In zahlreichen Anwendungsbereichen fördert PASP das Pflanzenwachstum. Am wichtigsten. Angesichts der einzigartigen chelatbildenden und dispergierenden Metallionenfunktion von PASP wird die Verwendung von Polyasparaginsäuresalzen bei der Behandlung der Schwermetallverschmutzung im Boden von vielen Forschern zunehmend geschätzt. Derzeit konzentriert sich die Forschung zu Polyasparaginsäuresalzen in diesem Bereich hauptsächlich auf chemische und biologische Behandlungsmethoden.

1.1 Gesetz zur chemischen Behandlung

Die chemische Behandlungsmethode für die Schwermetallverschmutzung im PASP-Boden bezieht sich auf die Methode, die Eigenschaften der chelatbildenden Metallionen von PASP zu nutzen, sie mit Schwermetallionen zu kombinieren und dann Auslaugungs- oder Extraktionsverfahren anzuwenden, um PASP-Schwermetallchelate aus dem Boden zu trennen Schwermetalle aus dem Boden entfernen. Wenn PASP zur Kontrolle der Schwermetallverschmutzung im Boden verwendet wird, wird es weniger vom pH-Wert der Umgebung beeinflusst. Die Forschung von Cao Zhenyu zeigt, dass bei der Anwendung von PASP bei der Oszillationslaugungsbehandlung kontaminierter Böden die Entfernungsrate von Schwermetallen durch Polyasparaginsäuresalz in einer Umgebung mit niedrigerem pH-Wert, insbesondere bei pH 1, höher ist. In einer Studie zu Schwermetallen in Schlamm von In der Kläranlage Taopu in Shanghai stellten Forscher fest, dass PASP bei mäßigem Säuregehalt eine gute Extraktionsleistung für verschiedene Schwermetalle im Schlamm aufweist. Allerdings haben Forscher unterschiedliche Meinungen über die Arten von Schwermetallen, die durch PASP aktiviert werden können, sie können jedoch den Reichtum ihrer chelatisierten Schwermetallarten aus einer Nebenperspektive demonstrieren. Zhang Hua fand heraus, dass PASP durch die Zusammenarbeit mit Wasserstoffperoxid effektiv Zn, Ni, Cu sowie etwas Cd und Cr aus dem Schlamm extrahieren kann. Fang Yifeng et al. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, dass PASP eine gute Extraktionswirkung auf die Schwermetallionen Cd hat, wobei die Extraktionsraten über 50 % liegen. Je höher die verwendete PASP-Menge ist, desto besser ist die Extraktionswirkung. Wen Dongdong glaubt, dass PASP Pb wirksam aus dem Boden entfernen kann, seine verstärkende Wirkung auf die Cu- und Cr-Entfernung jedoch nicht signifikant ist; Der Hauptgrund für diese Schlussfolgerung ist, dass PASP die Umwandlung der Schwermetalle Cu und Cr im Boden fördert, was zu einer schlechten Mobilität führt und die Extraktionseffizienz beeinträchtigt.

1.2 Biologisches Governance-Gesetz

Die biologische Behandlungsmethode für Schwermetallverschmutzung im PASP-Boden bezieht sich auf die Verwendung von PASP als Hilfsmittel zur biologischen Behandlung der Schwermetallverschmutzung im Boden. Durch die Nutzung der regulierenden Wirkung von PASP auf biologische Enzyme in der Kulturpflanze oder der Verbesserungswirkung von PASP auf den Boden kann PASP sich mit Metallionen wie Fe, Zn, Mn im Boden verbinden, um exogene biologische Enzyme für Kulturpflanzen zu bilden und so die Verbesserung zu fördern Verbesserung des Ernteertrags und der Qualität sowie Verbesserung der Aufnahme von Schwermetallen durch Nutzpflanzen. Somit handelt es sich um eine Methode zur Kontrolle von Schwermetallen im Boden. Als in China weit verbreitetes synergistisches Mittel hat PASP unbestreitbar einen Einfluss auf das Pflanzenwachstum, was Forschern in der Schwermetallbehandlungsforschung Inspiration bietet.

Die Forschung von Xu Li zeigt, dass PASP das Wachstum von Vetivergras fördern, den Chlorophyllgehalt von Vetivergras erhöhen und die Photosynthese von Pflanzen stärken kann, insbesondere unter Bedingungen mit niedriger Cu-Konzentration. PASP kann das Wachstum von Vetivergras fördern und bis zu einem gewissen Grad die Schädigung des Vetivergrasgewebes durch Cu lindern. Zhang Xin et al. fanden heraus, dass innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs die Aktivierungsfähigkeit von PASP für Pb und Cd mit zunehmender PASP-Konzentration zunimmt; Gleichzeitig wurde in Topfversuchen festgestellt, dass PASP eine deutlich verstärkende Wirkung auf die Sanierung schwermetallbelasteter Böden durch Mais hat. Xu Weiwei et al. glauben, dass die gemeinsame Nutzung von PASP und FeCl3 einen guten Effekt auf die Cd-Verschmutzung hat und dass der Einsatz der PASP-Behandlung im Gegensatz zu anderen chemischen Wirkstoffen das Wachstum der Pflanzenbiomasse erheblich verbessern kann. Dou Qiaohui fand heraus, dass die Anwendung von Polyasparaginsäuresalz in Tomaten unter Cu- und Cd-Stress nicht nur die Pflanzenernährung ausgleichen, die Enzymaktivität in Organismen verbessern und das Pflanzenwachstum fördern, sondern auch die Tomatenqualität verbessern und den absorbierbaren Gehalt an Cu und Cd verringern kann. Dies ist vorteilhaft für die Bewältigung der Schwermetallbelastung im Boden. 

2. Grüner Chelatbildner - IDHA

Chelatbildner gehören zu den am weitesten verbreiteten Chemikalien und decken fast alle Branchen ab, wie z. B. Pharmazeutik, Chemie, Textilien, tägliche Chemikalien, Papierherstellung, Lebensmittel, Leder, Gummi, Landwirtschaft, Ölfelder, Bergbau, Bodenbehandlung usw. Hauptsächlich traditionelle Chelatbildner umfassen Ethylendiamintetraessigsäure und ihre Salze (EDTA), Hypoaminotriessigsäure und ihre Salze (NTA), Diethylentriaminpentaessigsäure und ihre Salze (DTPA), Zitronensäure, Weinsäure usw.; Unter diesen ist EDTA aufgrund seiner hervorragenden Chelatisierungsfähigkeit und hervorragenden Kosteneffizienz zum am häufigsten verwendeten Chelatbildner geworden. Allerdings ist der EDTA-Produktionsprozess stark verschmutzt und in der natürlichen Umwelt nur schwer abbaubar, was zu schwerwiegenden Umweltverschmutzungen führen und nach der Anwendung zur Auswaschung von Schwermetallsubstanzen in das Grundwassersystem führen kann, was ein gewisses Risiko für die menschliche Gesundheit darstellt. Darüber hinaus trägt EDTA-haltiges Abwasser nach der Einleitung schädliche Metalle aus dem Unterwasserschlamm in den Wasserkörper ein, was zu neuen Gefahren für die menschliche und ökologische Gesundheit führt. Daher hat die Europäische Union entsprechende Vorschriften erlassen, die eine Konzentration von EDTA in Flüssen zwischen 10 und 100 μG/L vorschreiben, wobei eine Konzentration von 1–10 μG/L im See die strengste Anforderung unter allen künstlichen Verbindungen darstellt . Mit der Stärkung des Umweltbewusstseins beginnen die Menschen allmählich, diesbezüglich Maßnahmen zu ergreifen. Die EU-Richtlinie 1999/476/ECL187/52 verbietet ausdrücklich die Verwendung von EDTA in mehreren Branchen wie der Lebensmittel-, Medizin- und Textilindustrie. Gleichzeitig wird der Einsatz in der Waschindustrie eingeschränkt und die Forschung zu umweltfreundlichen Chemikalien schrittweise gestärkt. In nur wenigen Jahren sind weltweit viele neue Arten von Chemikalien mit chelatbildenden Eigenschaften entstanden, wobei IDHA ein Vertreter davon ist. IDHA hat relativ stabile chemische Eigenschaften und kann in stark sauren und alkalischen Medien eine gute Stabilität aufrechterhalten. Im Vergleich zu EDTA weist es zwei herausragende Eigenschaften auf: (1) Es verfügt über eine Tetracarbonsäure-Ligandenstruktur, eine mäßige Chelatisierungsfähigkeit und lässt sich leicht zur Chelatisierung und Dechelatisierung von Metallionen erreichen. Die Chelatisierungskonstante für allgemeine Metallionen ist etwas niedriger als die von EDTA, aber einige Ionen wie Cu2+ haben höhere Chelatisierungskonstanten als EDTA; (2) Ungiftiger, harmloser, sauberer Produktionsprozess, leicht biologisch abbaubar und vollständig in biologisch abbaubare Aminosäuren und Bernsteinsäure zerlegbar. Gegenwärtig wird diese Chemikalie nach und nach in verschiedenen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Landwirtschaft, beim Drucken und Färben, bei der Papierherstellung, in alltäglichen Chemikalien, bei der Wasseraufbereitung und bei der Verschmutzung durch Schwermetalle. Die Berichte der IDHA über die Sanierung von Schwermetallbelastungen im Boden konzentrieren sich hauptsächlich auf biologische und chemische Behandlungsmethoden.

2.1 Biologisches Governance-Gesetz

Liu Xiaona glaubt, dass die Behandlung von Maispflanzen mit IDHA (Salz) die Cd-Konzentration in den oberirdischen Teilen im Vergleich zur Blindkontrolle und EDTA-Behandlung deutlich erhöht und auch die Cu-Konzentration in den oberirdischen Teilen und Wurzelteilen im Vergleich zur Blindkontrolle und EDTA deutlich verbessert Behandlung, die dazu beiträgt, den Abbau von Schwermetallen im Boden zu beschleunigen. Tian Haoqi hat durch Experimente gezeigt, dass IDHA (Salz) fixiertes As und Cd im Boden aktivieren und so die Pflanzenaufnahme von Schwermetallen fördern kann.

2.2 Gesetz zur chemischen Behandlung

Die chemische Behandlungsmethode hat die Eigenschaft, Schwermetalle schnell aus kontaminierten Böden zu entfernen, was weit verbreitet ist und Probleme vollständig lösen kann. Allerdings ist es eine Herausforderung, Chelatbildner effektiv von Schwermetallen zu trennen und zu recyceln.

Durch kontinuierliche Forschung haben Forscher herausgefunden, dass neues IDHA das Potenzial hat, die oben genannten Probleme zu lösen: (1) IDHA weist eine hohe Chelateffizienz auf. Untersuchungen zufolge beträgt die Extraktionseffizienz von IDHA (Salz) für Cd im Kraftwerksschlamm unter bestimmten Bedingungen 68 %. Gleichzeitig wird unter der Bedingung der Zugabe von 1,2 % Phosphorsäure die Extraktionseffizienz von IDHA für Cu und Ni im Schlamm deutlich verbessert, wobei die Extraktionsraten über 90 % liegen. Duan Gaoqi hat durch Untersuchungen herausgefunden, dass IDHA eine gute Entfernungswirkung auf Schwermetalle im Kraftwerksschlamm hat, insbesondere wenn das Gesamtmolverhältnis von IDHA zu Schwermetallen 8:1 beträgt und eine kleine Menge H3PO4 hinzugefügt wird, ist die Entfernungswirkung am besten . (2) IDHA ist leicht zu eluieren und zu trennen. Hu Xiaojun betrachtet IDHA als den Hauptbestandteil einer umweltfreundlichen Auslaugungslösung. Unter neutralen Bodensäurebedingungen weist IDHA eine gute Elutionsfähigkeit für Schwermetalle im Boden auf, wobei die Entfernungsrate bei einmaliger Auswaschung über 90 % liegt. Es kann Schwermetalle im Boden effizient herauslösen und es wurde festgestellt, dass IDHA von Mikroorganismen in der Umwelt vollständig abgebaut werden kann, ohne dass es zu Umweltverschmutzung kommt. Es handelt sich um eine ideale umweltfreundliche Lösung zur Bodensanierung mit Schwermetallen. (3) IDHA kann die bestehenden Formen von Schwermetallen verändern und hat das Potenzial, die Belastung durch Schwermetalle grundlegend zu lösen. Wang Guiyin et al. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, dass IDHA Schwermetalle effektiv aus kontaminierten Böden entfernen und das Umweltrisiko von restlichen Schwermetallen verringern kann. Es kann die Restmengen an wasserlöslichem, austauschbarem und karbonatgebundenem Cd, Pb und Zn im Boden reduzieren. Chen Chunle et al. kam ebenfalls zu ähnlichen Ergebnissen.

3. Prospektion
4.  

Im Vergleich zu bestehenden Schwermetallionen-Chelatbildnern im Boden haben PASP und IDHA ihre einzigartigen Eigenschaften: (1) Diese beiden Substanzen haben eine mäßige Chelatbildungsfähigkeit und lassen sich bei der späteren Behandlung leichter von Schwermetallionen trennen; (2) Diese beiden Stoffe sind leicht abzubauen, und das abgebaute Produkt ist eine Mischung aus Asparaginsäure und Maleinsäure, die von Nutzpflanzen oder Mikroorganismen rückstandsfrei verwendet werden kann und keine organische Verschmutzung des Bodens verursacht; (3) Diese beiden Stoffe haben eine biologisch fördernde Wirkung und können als Hilfsmittel zur Bekämpfung der Schwermetallbelastung im Boden eingesetzt werden; (4) Unter diesen beiden Substanzen ist die chemische Methodenfunktion von IDHA möglicherweise der biologischen Methodenfunktion überlegen, während PASP das Gegenteil ist. Durch einschlägige Forschung kann die Kombination verschiedener Sanierungsmethoden die Effizienz der Kontrolle der Schwermetallverschmutzung effektiv verbessern, wie z. B. die gemischte Sanierungsmethode aus mikrobiellem Sanierungswirkstoff und chemischem Sanierungswirkstoff, die biologische Sanierungsmethode für Biokohlematerial (Yatuocao) und das hochaktive Zeolith-Mikroben Sanierungsmethode und die mikrobielle (Aspergillus flavus) Pflanzensanierungsmethode (Weidelgras).

Daher ist der Autor der Ansicht, dass die Kombination der oben genannten Produkte biologische und chemische Methoden organisch kombinieren kann, was nicht nur die Schnelligkeit und Effizienz chemischer Methoden widerspiegelt, sondern auch die Sicherheit und Umweltfreundlichkeit biologischer Methoden widerspiegelt und eine neue bilden kann Form der Governance für biologisch-chemische Methoden. Der Autor glaubt, dass die Anwendung von PASP und IDHA bei der Behandlung der Schwermetallverschmutzung im Boden durch eine biochemische Methode versucht werden kann, was bedeutet, dass nach der gemeinsamen Verwendung der beiden die biologische Effizienz von PASP und die chemische Extraktionseffizienz von IDHA verbessert werden können genutzt werden, um gemeinsam die Behandlung der Schwermetallbelastung voranzutreiben. Obwohl sich einige der in dieser Studie erwähnten Berichte noch im Forschungsstadium befinden, sind mit der Umsetzung relevanter Vorschriften in nationale Richtlinien wie den „Soil Ten Principles“ und der Verbesserung der Unterstützung die Aussichten für den Einsatz von PASP und IDHA zur Behandlung von Schwermetallen gestiegen kontaminierter Boden wird immer besser.