El suelo es uno de los recursos de los que dependen los seres humanos para sobrevivir y es la base de componentes importantes del entorno ecológico. En el proceso de transformación de la naturaleza, especialmente con el rápido desarrollo de la industria y la expansión del comercio global, la industria química ha logrado un rápido desarrollo. Posteriormente, el daño ambiental causado por la contaminación química se ha vuelto cada vez más grave. El problema de la contaminación del suelo por metales pesados ​​se ha vuelto particularmente importante. En países extranjeros, el dolor de huesos causado por niveles excesivos de cadmio y la enfermedad de Minamata causada por niveles excesivos de mercurio amenazan directamente la vida y la seguridad de la salud de las personas. El "Incidente del arroz con cadmio de Hunan" que ocurrió alrededor de 2013 en Guangdong, China, también hizo sonar una alarma para la gente. El 28 de mayo de 2016, el Consejo de Estado implementó el "Plan de Acción para la Prevención y Control de la Contaminación del Suelo" (Artículo 10), que estipula explícitamente que el control y la remediación de la contaminación deben llevarse a cabo para mejorar la calidad del medio ambiente del suelo regional. Especialmente en áreas con contaminación del suelo por metales pesados, como la ciudad de Taizhou en la provincia de Zhejiang, la ciudad de Huangshi en la provincia de Hubei, la ciudad de Changde en la provincia de Hunan, la ciudad de Shaoguan en la provincia de Guangdong, la ciudad de Hechi en la región autónoma Zhuang de Guangxi y la ciudad de Tongren en la provincia de Guizhou. Se deben establecer áreas prioritarias. Aprovechar plenamente el papel de liderazgo del gobierno, establecer fondos especiales para la prevención y el control de la contaminación del suelo por parte de los gobiernos central y local en todos los niveles, y aumentar el apoyo al trabajo de prevención y control de la contaminación del suelo. Desde la década de 1990, los productos químicos ecológicos y las tecnologías relacionadas han logrado grandes avances en el tratamiento de la contaminación por metales pesados ​​en el suelo, con investigaciones destacadas relacionadas con los derivados del ácido aspártico, el ácido poliaspártico (PASP) y el ácido iminodisuccínico (IDHA).

1. Productos químicos sintéticos biomiméticos - PASP

PASP es una proteína sintética soluble en agua que existe naturalmente en la mucosa de los mariscos marinos como las ostras. La estructura PASP está libre de numerosos grupos carboxilo y amino, con dos configuraciones asimétricas α、β, un material biopolímero multifuncional versátil y respetuoso con el medio ambiente con una amplia gama de aplicaciones. Ampliamente utilizado para complementar la nutrición de las plantas, mejorar la eficiencia de los fertilizantes, inhibir las incrustaciones dispersas en la industria de tratamiento de agua, tratamiento de metales pesados ​​del suelo, etc. En numerosos campos de aplicación, PASP promueve el crecimiento de los cultivos. Más importante. Dada la función única de quelación y dispersión de iones metálicos del PASP, muchos investigadores valoran cada vez más el uso de sales de ácido poliaspártico en el tratamiento de la contaminación del suelo por metales pesados. En la actualidad, la investigación sobre las sales de ácido poliaspártico en este campo se centra principalmente en métodos de tratamiento químicos y biológicos.

1.1Ley de Tratamiento Químico

El método de tratamiento químico para la contaminación por metales pesados ​​en suelos PASP se refiere al método de utilizar las características de los iones metálicos quelantes de PASP, combinándolos con iones de metales pesados ​​y luego utilizando métodos de lixiviación o extracción para separar los quelatos de metales pesados ​​de PASP del suelo, de ese modo Eliminación de metales pesados ​​del suelo. Cuando PASP se utiliza para el control de la contaminación del suelo por metales pesados, se ve menos afectado por el pH ambiental. La investigación de Cao Zhenyu muestra que cuando se aplica PASP al tratamiento de lixiviación oscilatoria de suelos contaminados, la tasa de eliminación de metales pesados ​​por la sal de ácido poliaspártico es mayor en un ambiente de pH más bajo, especialmente a pH 1. En un estudio sobre metales pesados ​​en lodos de En la planta de tratamiento de aguas residuales de Taopu en Shanghai, los investigadores descubrieron que PASP tiene un buen rendimiento de extracción de varios metales pesados ​​en lodos con acidez moderada. Sin embargo, los investigadores tienen opiniones diferentes sobre los tipos de metales pesados ​​que pueden activarse mediante PASP, pero pueden demostrar la riqueza de sus tipos de metales pesados ​​quelados desde una perspectiva lateral. Zhang Hua descubrió que, al trabajar junto con peróxido de hidrógeno, PASP puede extraer eficazmente Zn, Ni, Cu, así como algo de Cd y Cr del lodo. Fang Yifeng et al. A través de investigaciones se descubrió que PASP tiene un buen efecto de extracción sobre iones de metales pesados ​​Cd, con tasas de extracción superiores al 50%, y cuanto mayor sea la cantidad de PASP utilizada, mejor será el efecto de extracción. Wen Dongdong cree que PASP puede eliminar eficazmente el Pb del suelo, pero su efecto de mejora en la eliminación de Cu y Cr no es significativo; La razón principal de esta conclusión es que PASP promueve la transformación de formas de metales pesados ​​Cu y Cr en el suelo, lo que resulta en una movilidad deficiente y afecta su eficiencia de extracción.

1.2Ley de Gobernanza Biológica

El método de tratamiento biológico para la contaminación por metales pesados ​​en suelos PASP se refiere al uso de PASP como medio auxiliar para el tratamiento biológico de la contaminación por metales pesados ​​en el suelo. Al utilizar el efecto regulador de PASP sobre las enzimas biológicas en el cultivo o el efecto de mejora de PASP en el suelo, PASP puede combinarse con iones metálicos como Fe, Zn, Mn en el suelo para formar enzimas biológicas exógenas para los cultivos, promoviendo así la mejora. del rendimiento y la calidad de los cultivos y mejorar la absorción de metales pesados ​​por los cultivos. Por lo tanto, es un método para controlar los metales pesados ​​en el suelo. Como agente sinérgico ampliamente utilizado en China, PASP tiene un efecto incuestionable sobre el crecimiento de los cultivos, lo que proporciona inspiración a los investigadores en la investigación del tratamiento de metales pesados.

La investigación de Xu Li muestra que PASP puede promover el crecimiento del pasto vetiver, aumentar el contenido de clorofila del pasto vetiver y fortalecer la fotosíntesis de las plantas, especialmente en condiciones de baja concentración de Cu. PASP puede promover el crecimiento del pasto vetiver y hasta cierto punto aliviar el daño del Cu al tejido del pasto vetiver. Zhang Xin et al. encontraron que dentro de un cierto rango de concentración, la capacidad de activación de PASP para Pb y Cd aumenta con el aumento de la concentración de PASP; Al mismo tiempo, en experimentos en macetas se descubrió que PASP tiene un efecto fortalecedor significativo en la recuperación de suelos contaminados con metales pesados ​​mediante maíz. Xu Weiwei et al. Creemos que compartir PASP y FeCl3 tiene un buen efecto sobre la contaminación por Cd y, a diferencia de otros agentes químicos, el uso del tratamiento PASP puede mejorar significativamente el crecimiento de la biomasa de los cultivos. Dou Qiaohui descubrió que bajo estrés de Cu y Cd, la aplicación de sal de ácido poliaspártico en tomates no solo puede equilibrar la nutrición de las plantas, mejorar la actividad enzimática en los organismos, promover el crecimiento de los cultivos, sino también mejorar la calidad del tomate, reducir el contenido absorbible de Cu y Cd. lo cual es beneficioso para el manejo de la contaminación del suelo por metales pesados. 

2. Agente quelante verde - IDHA

Los agentes quelantes son uno de los productos químicos más utilizados y abarcan casi todas las industrias, como la farmacéutica, química, textil, química diaria, fabricación de papel, alimentación, cuero, caucho, agricultura, yacimientos petrolíferos, minería, tratamiento de suelos, etc. Los agentes quelantes tradicionales principalmente incluyen el ácido etilendiaminotetraacético y sus sales (EDTA), el ácido hipoaminotriacético y sus sales (NTA), el ácido dietilentriaminopentaacético y sus sales (DTPA), el ácido cítrico, el ácido tartárico, etc.; Entre ellos, el EDTA se ha convertido en el agente quelante más utilizado debido a su excelente capacidad quelante y su excelente rentabilidad. Sin embargo, el proceso de producción de EDTA está gravemente contaminado y es difícil de degradar en el entorno natural, lo que puede provocar una contaminación ambiental grave y la lixiviación de sustancias de metales pesados ​​en el sistema de aguas subterráneas después de su aplicación, lo que supone un cierto riesgo para la salud humana. Además, las aguas residuales que contienen EDTA transportarán metales nocivos de los lodos submarinos al cuerpo de agua después de su descarga, causando nuevos peligros para la salud humana y ecológica; Por lo tanto, la Unión Europea ha emitido regulaciones relevantes que exigen que la concentración de EDTA en los ríos esté entre 10 y 100 μ G/L, siendo una concentración de 1-10 en el lago μ G/L el requisito más estricto entre todos los compuestos artificiales. . Con el fortalecimiento de la conciencia medioambiental, la gente poco a poco está empezando a tomar medidas al respecto. La Directiva de la UE 1999/476/ECL187/52 prohíbe explícitamente el uso de EDTA en múltiples industrias, como la alimentaria, la medicinal y la textil. Al mismo tiempo, restringe su uso en la industria del lavado y fortalece gradualmente la investigación sobre productos químicos ecológicos. En tan solo unos años, han surgido en todo el mundo muchos tipos nuevos de productos químicos con propiedades quelantes, siendo el IDHA un representante de ellos. IDHA tiene propiedades químicas relativamente estables y puede mantener una buena estabilidad en medios ácidos y alcalinos fuertes. En comparación con el EDTA, tiene dos características destacadas: (1) tiene una estructura de ligando de ácido tetracarboxílico, una capacidad quelante moderada y es fácil de lograr la quelación y desquelación de iones metálicos. La constante de quelación para los iones metálicos en general es ligeramente menor que la del EDTA, pero algunos iones como el Cu2+ tienen constantes de quelación más altas que el EDTA; (2) Proceso de producción limpio, inofensivo y no tóxico, fácilmente biodegradable y que puede descomponerse completamente en aminoácidos biodegradables y ácido succínico. En la actualidad, este producto químico se ha aplicado gradualmente en diversos campos, como la agricultura, la impresión y el teñido, la fabricación de papel, los productos químicos diarios, el tratamiento del agua y la contaminación por metales pesados. Los informes del IDHA sobre la remediación de la contaminación del suelo por metales pesados ​​se centran principalmente en métodos de tratamiento biológicos y químicos.

2.1Ley de Gobernanza Biológica

Liu Xiaona cree que el tratamiento con IDHA (sal) de las plantas de maíz aumenta significativamente la concentración de Cd en las partes aéreas en comparación con el control en blanco y el tratamiento con EDTA, y también mejora significativamente la concentración de Cu en las partes aéreas y de la raíz en comparación con el control en blanco y el tratamiento con EDTA. tratamiento, que ayuda a acelerar la gestión de metales pesados ​​en el suelo. Tian Haoqi ha demostrado a través de experimentos que la IDHA (sal) puede activar el As y el Cd fijados en el suelo, promoviendo la absorción de metales pesados ​​por parte de las plantas.

2.2Ley de Tratamiento Químico

El método de tratamiento químico tiene la característica de eliminar rápidamente los metales pesados ​​del suelo contaminado, lo cual es ampliamente utilizado y puede resolver completamente los problemas. Sin embargo, cómo separar eficazmente los agentes quelantes de los metales pesados ​​y reciclarlos es un desafío.

A través de investigaciones continuas, los investigadores han descubierto que la nueva IDHA tiene el potencial de resolver los problemas antes mencionados: (1) IDHA tiene una alta eficiencia de quelación. Según la investigación, la eficiencia de extracción de IDHA (sal) para Cd en lodos de centrales eléctricas bajo ciertas condiciones es del 68%. Al mismo tiempo, bajo la condición de agregar ácido fosfórico al 1,2%, la eficiencia de extracción de IDHA para Cu y Ni en lodos mejora significativamente, con tasas de extracción superiores al 90%. Duan Gaoqi descubrió a través de una investigación que IDHA tiene un buen efecto de eliminación de metales pesados ​​en los lodos de las centrales eléctricas, especialmente cuando la relación molar total de IDHA a metales pesados ​​es 8:1 y se agrega una pequeña cantidad de H3PO4, el efecto de eliminación es el mejor. . (2) IDHA es fácil de eluir y lograr la separación. Hu Xiaojun considera a IDHA como el componente principal de una solución de lixiviación respetuosa con el medio ambiente. En condiciones de acidez neutra del suelo, IDHA tiene buena capacidad de elución de metales pesados ​​en el suelo, con tasas de eliminación de lixiviación única superiores al 90 %. Puede eluir eficientemente metales pesados ​​en el suelo y descubrió que los microorganismos del medio ambiente pueden degradar completamente el IDHA sin causar contaminación. Es una sustancia de lixiviación ideal para la remediación de suelos con metales pesados ​​y respetuosa con el medio ambiente. (3) IDHA puede cambiar las formas existentes de metales pesados ​​y tiene el potencial de resolver fundamentalmente la contaminación por metales pesados. Wang Guiyin et al. A través de investigaciones, se descubrió que IDHA puede eliminar eficazmente los metales pesados ​​del suelo contaminado y reducir el riesgo ambiental de los metales pesados ​​residuales. Puede reducir las cantidades residuales de Cd, Pb y Zn solubles en agua, intercambiables y unidos a carbonatos en el suelo. Chen Chunle et al. también obtuvo resultados similares.

3. Prospección
4.  

En comparación con los agentes quelantes de iones de metales pesados ​​del suelo existentes, PASP e IDHA tienen sus características únicas: (1) estas dos sustancias tienen una capacidad quelante moderada y son más fáciles de separar de los iones de metales pesados ​​en tratamientos posteriores; (2) Estas dos sustancias son fáciles de degradar y el producto degradado es una mezcla de ácido aspártico y ácido maleico, que puede ser utilizado por cultivos o microorganismos sin residuos y no causará contaminación orgánica al suelo; (3) Estas dos sustancias tienen un efecto promotor biológico y pueden usarse como medios auxiliares para controlar la contaminación del suelo por metales pesados; (4) Entre estas dos sustancias, la función del método químico de IDHA puede ser superior a la función del método biológico, mientras que PASP es lo opuesto. A través de investigaciones relevantes, la combinación de diferentes métodos de remediación puede mejorar efectivamente la eficiencia del control de la contaminación por metales pesados, como el método de remediación mixto de agente de remediación microbiano y agente de remediación químico, el método de biorremediación de material de biocarbón (Yatuocao), el método microbiano de zeolita altamente activo. método de remediación y el método de remediación de plantas microbianas (Aspergillus flavus) (raygrass).

Por lo tanto, el autor cree que la combinación de los productos anteriores puede combinar orgánicamente métodos biológicos y químicos, lo que no solo refleja la naturaleza rápida y eficiente de los métodos químicos, sino que también refleja la seguridad y la naturaleza ecológica de los métodos biológicos, y puede formar un nuevo forma de gobernanza para los métodos químicos biológicos. El autor cree que la aplicación de PASP e IDHA en el tratamiento de la contaminación por metales pesados ​​en el suelo se puede intentar mediante un método bioquímico, lo que significa que después de que los dos se usan juntos, la eficiencia biológica de PASP y la eficiencia de extracción química de IDHA pueden utilizarse para promover conjuntamente el tratamiento de la contaminación por metales pesados. Aunque algunos de los informes mencionados en este estudio aún se encuentran en la etapa de investigación, con la implementación de regulaciones relevantes en las políticas nacionales como los "Diez Principios del Suelo" y el aumento del apoyo, las perspectivas de utilizar PASP e IDHA para tratar metales pesados El suelo contaminado será cada vez mejor.