خاک یکی از منابعی است که انسان برای بقا به آن تکیه می کند و زیربنای مولفه های مهم محیط زیست است. در فرآیند دگرگونی طبیعت، به ویژه با توسعه سریع صنعت و گسترش تجارت جهانی، صنایع شیمیایی به توسعه سریعی دست یافته است. متعاقبا، آسیب های زیست محیطی ناشی از آلودگی های شیمیایی به طور فزاینده ای شدید شده است. مشکل آلودگی فلزات سنگین در خاک به ویژه برجسته شده است. در کشورهای خارجی، درد استخوان ناشی از سطوح بیش از حد کادمیوم و بیماری میناماتا ناشی از سطوح بیش از حد جیوه به طور مستقیم جان و ایمنی سلامت افراد را تهدید می کند. "حادثه برنج کادمیوم هونان" که در حدود سال 2013 در گوانگدونگ چین رخ داد نیز زنگ خطری را برای مردم به صدا درآورد. در 28 مه 2016، شورای دولتی "برنامه اقدام پیشگیری و کنترل آلودگی خاک" (ماده 10) را اجرا کرد که به صراحت تصریح می کرد که کنترل آلودگی و اصلاح باید برای بهبود کیفیت محیط خاک منطقه انجام شود. به ویژه در مناطقی با آلودگی خاک با فلزات سنگین، مانند شهر تایژو در استان ژجیانگ، شهر هوانگشی در استان هوبی، شهر چانگده در استان هونان، شهر شائوگوان در استان گوانگدونگ، شهر هچی در منطقه خودمختار گوانگشی ژوانگ و شهر تونگرن در استان گویژو. مناطق دارای اولویت باید ایجاد شود. ایفای کامل نقش رهبری دولت، ایجاد صندوق های ویژه برای پیشگیری و کنترل آلودگی خاک توسط دولت های مرکزی و محلی در همه سطوح، و افزایش حمایت از کار پیشگیری و کنترل آلودگی خاک. از دهه 1990، مواد شیمیایی سبز و فناوری‌های مرتبط با تحقیقات برجسته مربوط به مشتقات اسید آسپارتیک، پلی‌آسپارتیک اسید (PASP) و اسید ایمینودی‌سوسینیک (IDHA) پیشرفت زیادی در درمان آلودگی فلزات سنگین در خاک داشته‌اند.

1. مواد شیمیایی مصنوعی بیومیمتیک - PASP

PASP یک پروتئین مصنوعی محلول در آب است که به طور طبیعی در مخاط صدف های دریایی مانند صدف وجود دارد. ساختار PASP عاری از گروه‌های کربوکسیل و آمینو متعدد است، با دو پیکربندی α、β نامتقارن، یک ماده زیست پلیمری چند منظوره و سازگار با محیط زیست با طیف وسیعی از کاربردها. به طور گسترده برای مکمل های تغذیه گیاه، افزایش کارایی کود، مهار مقیاس پراکنده در صنعت تصفیه آب، تصفیه فلزات سنگین خاک و غیره استفاده می شود. PASP در زمینه های کاربردی متعدد باعث رشد محصول می شود. مهمتر از همه. با توجه به عملکرد منحصر به فرد کیلیت و پراکندگی یون های فلزی PASP، استفاده از نمک های اسید پلی اسپارتیک در درمان آلودگی فلزات سنگین خاک به طور فزاینده ای توسط بسیاری از محققان مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر تحقیقات روی نمک های پلی اسپارتیک اسید در این زمینه عمدتاً بر روی روش های تصفیه شیمیایی و بیولوژیکی متمرکز است.

1.1 قانون درمان شیمیایی

روش تصفیه شیمیایی آلودگی فلزات سنگین در خاک PASP به روش استفاده از ویژگی های یون های فلزی کیلیت PASP، ترکیب آنها با یون های فلزات سنگین و سپس استفاده از روش های لیچینگ یا استخراج برای جداسازی کلات های فلزات سنگین PASP از خاک اشاره دارد. حذف فلزات سنگین از خاک هنگامی که PASP برای کنترل آلودگی فلزات سنگین خاک استفاده می شود، کمتر تحت تأثیر pH محیط قرار می گیرد. تحقیقات Cao Zhenyu نشان می‌دهد که وقتی PASP برای عملیات شستشوی نوسانی خاک آلوده به کار می‌رود، سرعت حذف فلزات سنگین توسط نمک پلی اسپارتیک اسید در محیط‌های با pH پایین‌تر، به‌ویژه در pH 1 بیشتر است. در مطالعه‌ای بر روی فلزات سنگین در لجن از در کارخانه تصفیه فاضلاب تائوپو در شانگهای، محققان دریافتند که PASP عملکرد استخراج خوبی برای فلزات سنگین مختلف در لجن با اسیدیته متوسط ​​دارد. با این حال، محققان نظرات متفاوتی در مورد انواع فلزات سنگینی دارند که می توانند توسط PASP فعال شوند، اما آنها می توانند غنای انواع فلزات سنگین کلات شده خود را از منظر جانبی نشان دهند. ژانگ هوآ دریافت که با کار کردن با پراکسید هیدروژن، PASP می تواند به طور موثر روی، نیکل، مس و همچنین مقداری کادمیوم و کروم را از لجن استخراج کند. فانگ یفنگ و همکاران از طریق تحقیقات دریافتند که PASP اثر استخراج خوبی بر روی یون های فلزات سنگین Cd دارد، با نرخ استخراج بیش از 50٪ و هر چه مقدار PASP استفاده شده بیشتر باشد، اثر استخراج بهتر است. Wen Dongdong معتقد است که PASP می تواند به طور موثر سرب را از خاک حذف کند، اما اثر افزایشی آن بر حذف مس و کروم قابل توجه نیست. دلیل اصلی این نتیجه گیری این است که PASP تبدیل شکل‌های فلزات سنگین مس و کروم را در خاک ترویج می‌کند و در نتیجه تحرک ضعیفی ایجاد می‌کند و بر راندمان استخراج آن تأثیر می‌گذارد.

1.2 قانون حاکمیت زیستی

روش تصفیه بیولوژیکی آلودگی فلزات سنگین در خاک PASP به استفاده از PASP به عنوان یک وسیله کمکی برای تصفیه بیولوژیکی آلودگی فلزات سنگین در خاک اشاره دارد. با استفاده از اثر تنظیمی PASP بر روی آنزیم‌های بیولوژیکی در محصول یا اثر بهبودی PASP بر روی خاک، PASP می‌تواند با یون‌های فلزی مانند آهن، روی، منگنز در خاک ترکیب شود تا آنزیم‌های بیولوژیکی برون‌زا برای محصولات تولید کند و در نتیجه بهبود را بهبود بخشد. عملکرد و کیفیت محصول و افزایش جذب فلزات سنگین توسط محصولات، روشی برای کنترل فلزات سنگین در خاک است. به عنوان یک عامل هم افزایی به طور گسترده در چین، PASP تأثیر غیرقابل انکاری بر رشد محصول دارد که الهام بخش محققان در تحقیقات درمان فلزات سنگین است.

تحقیقات Xu Li نشان می دهد که PASP می تواند رشد علف وتیور را تقویت کند، محتوای کلروفیل علف وتیور را افزایش دهد، فتوسنتز گیاهان را به ویژه در شرایط مس با غلظت کم تقویت کند. PASP می تواند رشد علف وتیور را تقویت کرده و تا حدی آسیب مس به بافت علف وتیور را کاهش دهد. ژانگ شین و همکاران دریافتند که در محدوده غلظت خاصی، توانایی فعال سازی PASP برای سرب و کادمیوم با افزایش غلظت PASP افزایش می یابد. در عین حال، در آزمایشات گلدانی مشخص شد که PASP اثر تقویتی قابل توجهی در اصلاح خاک آلوده به فلزات سنگین توسط ذرت دارد. خو ویوی و همکاران بر این باورند که اشتراک PASP و FeCl3 تأثیر خوبی بر آلودگی Cd دارد و بر خلاف سایر عوامل شیمیایی، استفاده از تیمار PASP می تواند رشد زیست توده محصول را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. Dou Qiaohui دریافت که تحت تنش مس و کادمیوم، استفاده از نمک پلی اسپارتیک اسید در گوجه فرنگی نه تنها می تواند تغذیه گیاه را متعادل کند، فعالیت آنزیم ها را در موجودات زنده بهبود بخشد، رشد محصول را تقویت کند، بلکه کیفیت گوجه فرنگی را بهبود بخشد، محتوای قابل جذب مس و کادمیوم را کاهش دهد. که برای مدیریت آلودگی فلزات سنگین خاک مفید است. 

2. عامل کیلیت سبز - IDHA

عوامل کیلیت یکی از پرمصرف ترین مواد شیمیایی هستند که تقریباً تمام صنایع مانند داروسازی، مواد شیمیایی، نساجی، مواد شیمیایی روزانه، کاغذسازی، مواد غذایی، چرم، لاستیک، کشاورزی، میادین نفتی، معدن، تصفیه خاک و غیره را پوشش می دهد. شامل اتیلن دی آمین تتراستیک اسید و نمک های آن (EDTA)، هیپوآمینوتری استیک اسید و نمک های آن (NTA)، دی اتیلن تری آمین پنتا استیک اسید و نمک های آن (DTPA)، اسید سیتریک، اسید تارتاریک و غیره. در میان آنها، EDTA به دلیل توانایی عالی کیلیت و مقرون به صرفه بودن به پرمصرف ترین عامل کیلیت تبدیل شده است. با این حال، فرآیند تولید EDTA به شدت آلوده است و به سختی در محیط طبیعی تخریب می‌شود، که می‌تواند باعث آلودگی جدی زیست‌محیطی شود و ممکن است پس از کاربرد باعث شسته شدن مواد فلزی سنگین به سیستم آب‌های زیرزمینی شود و در نتیجه خطر خاصی برای سلامتی انسان ایجاد کند. علاوه بر این، فاضلاب حاوی EDTA فلزات مضر را از لجن زیر آب پس از تخلیه به بدنه آب منتقل می کند و خطرات جدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد می کند. بنابراین، اتحادیه اروپا مقررات مربوطه را صادر کرده است که غلظت EDTA در رودخانه ها را بین 10 تا 100 میکروگرم در لیتر الزامی می کند، با غلظت 1-10 در دریاچه μ G/L سختگیرانه ترین نیاز در بین تمام ترکیبات مصنوعی است. . با تقویت آگاهی های زیست محیطی، مردم به تدریج شروع به اقدام در این زمینه می کنند. دستورالعمل 1999/476/ECL187/52 اتحادیه اروپا به صراحت استفاده از EDTA را در صنایع مختلف مانند غذا، دارو و منسوجات ممنوع می کند. در عین حال، استفاده از آن را در صنعت شستشو محدود می کند و به تدریج تحقیقات در مورد مواد شیمیایی سبز را تقویت می کند. تنها در چند سال، بسیاری از انواع جدید از مواد شیمیایی با خواص کیلیت در سراسر جهان ظاهر شدند که IDHA نماینده آنهاست. IDHA خواص شیمیایی نسبتاً پایداری دارد و می تواند پایداری خوبی را در محیط های اسیدی و قلیایی قوی حفظ کند. در مقایسه با EDTA، دو ویژگی برجسته دارد: (1) دارای ساختار لیگاندی اسید تترا کربوکسیلیک، توانایی کیلاسیون متوسط، و دستیابی به کیلاسیون و کیلاسیون یون های فلزی آسان است. ثابت کیلاسیون برای یون های فلزی عمومی کمی کمتر از EDTA است، اما برخی از یون ها مانند Cu2+ دارای ثابت شلات بالاتر از EDTA هستند. (2) فرآیند تولید غیر سمی، بی ضرر، تمیز، به راحتی زیست تخریب پذیر، و می تواند به طور کامل به اسیدهای آمینه زیست تخریب پذیر و اسید سوکسینیک تجزیه شود. در حال حاضر این ماده شیمیایی به تدریج در زمینه های مختلفی از جمله کشاورزی، چاپ و رنگرزی، کاغذسازی، مواد شیمیایی روزانه، تصفیه آب و آلودگی فلزات سنگین به کار گرفته شده است. گزارش‌های مربوط به اصلاح آلودگی فلزات سنگین در خاک توسط IDHA عمدتاً بر روش‌های تصفیه بیولوژیکی و شیمیایی متمرکز است.

2.1 قانون حاکمیت زیستی

لیو شیائونا معتقد است که تیمار IDHA (نمک) گیاهان ذرت به طور قابل توجهی غلظت Cd را در قسمت های بالای زمینی در مقایسه با تیمار شاهد بلانک و EDTA افزایش می دهد و همچنین غلظت مس را در قسمت های بالای زمین و ریشه در مقایسه با شاهد بلانک و EDTA به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. درمان، که به تسریع مدیریت فلزات سنگین در خاک کمک می کند. Tian Haoqi از طریق آزمایش‌ها نشان داده است که IDHA (نمک) می‌تواند As و Cd ثابت را در خاک فعال کند و جذب فلزات سنگین را در گیاه تقویت کند.

2.2 قانون درمان شیمیایی

روش تصفیه شیمیایی دارای ویژگی حذف سریع فلزات سنگین از خاک آلوده است که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند مشکلات را به طور کامل حل کند. با این حال، چگونگی جداسازی موثر عوامل کیلیت از فلزات سنگین و بازیافت آنها یک چالش است.

از طریق تحقیقات مستمر، محققان دریافته‌اند که IDHA جدید پتانسیل حل مشکلات فوق‌الذکر را دارد: (1) IDHA کارایی بالایی دارد. با توجه به تحقیقات انجام شده، راندمان استخراج IDHA (نمک) برای کادمیوم در لجن نیروگاهی در شرایط خاص 68 درصد است. در عین حال، در شرایط افزودن اسید فسفریک 1.2 درصد، راندمان استخراج IDHA برای مس و نیکل در لجن به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد و نرخ استخراج بیش از 90 درصد است. Duan Gaoqi طی تحقیقات دریافت که IDHA اثر حذف خوبی بر روی فلزات سنگین در لجن نیروگاه دارد، به ویژه زمانی که نسبت مولی کل IDHA به فلزات سنگین 8:1 باشد و مقدار کمی H3PO4 به آن اضافه شود، بهترین اثر حذف است. . (2) شسته شدن IDHA و دستیابی به جداسازی آسان است. Hu Xiaojun IDHA را جزء اصلی محلول شستشوی سازگار با محیط زیست می داند. در شرایط اسیدیته خنثی خاک، IDHA دارای قابلیت شستشوی خوبی برای فلزات سنگین در خاک است، با نرخ حذف تک لیچینگ بالای 90%. این می تواند فلزات سنگین را در خاک به طور موثر شستشو دهد و دریافت که IDHA می تواند به طور کامل توسط میکروارگانیسم های موجود در محیط بدون ایجاد آلودگی تجزیه شود. این یک ماده تصفیه کننده خاک فلزات سنگین دوستدار محیط زیست ایده آل است. (3) IDHA می تواند اشکال موجود فلزات سنگین را تغییر دهد و پتانسیل حل اساسی آلودگی فلزات سنگین را دارد. وانگ گویین و همکاران از طریق تحقیقات دریافتند که IDHA می تواند به طور موثر فلزات سنگین را از خاک آلوده حذف کند و خطر زیست محیطی فلزات سنگین باقیمانده را کاهش دهد. این می تواند مقادیر باقیمانده کادمیوم، سرب و روی محلول در آب، قابل تعویض و کربنات را در خاک کاهش دهد. چن چونله و همکاران نیز نتایج مشابهی به دست آورد.

3. اکتشاف
4.  

در مقایسه با عوامل کلات کننده یون فلزات سنگین خاک موجود، PASP و IDHA ویژگی های منحصر به فرد خود را دارند: (1) این دو ماده دارای قابلیت کیلاسیون متوسط ​​هستند و در تیمارهای بعدی راحت تر از یون های فلزات سنگین جدا می شوند. (2) این دو ماده به راحتی تجزیه می شوند و محصول تجزیه شده مخلوطی از اسید آسپارتیک و اسید مالئیک است که می تواند توسط گیاهان یا میکروارگانیسم ها بدون باقی مانده استفاده شود و باعث آلودگی آلی خاک نمی شود. (3) این دو ماده دارای اثر ترویج بیولوژیکی هستند و می توانند به عنوان ابزار کمکی برای کنترل آلودگی خاک با فلزات سنگین استفاده شوند. (4) در بین این دو ماده، عملکرد روش شیمیایی IDHA ممکن است بر عملکرد روش بیولوژیکی برتر باشد، در حالی که PASP برعکس است. از طریق تحقیقات مربوطه، ترکیبی از روش‌های مختلف اصلاح می‌تواند به طور موثری کارایی کنترل آلودگی فلزات سنگین را بهبود بخشد، مانند روش ترمیم مخلوط عامل اصلاح میکروبی و عامل پاک‌سازی شیمیایی، روش زیست پالایی مواد بیوچار (Yatuocao)، میکروبی زئولیت بسیار فعال. روش پاکسازی و روش پاکسازی گیاهی میکروبی (Aspergillus flavus) (Ryegrass).

بنابراین، نویسنده معتقد است که ترکیب محصولات فوق می تواند روش های بیولوژیکی و شیمیایی را به صورت ارگانیک ترکیب کند که نه تنها نشان دهنده ماهیت سریع و کارآمد روش های شیمیایی است، بلکه نشان دهنده ایمن بودن و طبیعت سبز روش های بیولوژیکی است و می تواند یک روش جدید را تشکیل دهد. شکل حکومت برای روش های شیمیایی بیولوژیکی نگارنده معتقد است که استفاده از PASP و IDHA در درمان آلودگی فلزات سنگین در خاک را می توان از طریق روش بیوشیمیایی انجام داد، به این معنی که پس از استفاده از این دو با هم، کارایی بیولوژیکی PASP و راندمان استخراج شیمیایی IDHA می تواند انجام شود. برای ترویج مشترک درمان آلودگی فلزات سنگین استفاده شود. اگرچه برخی از گزارش‌های ذکر شده در این پژوهش هنوز در مرحله تحقیق هستند، اما با اجرای مقررات مربوطه در سیاست‌های ملی از جمله «اصول ده‌گانه خاک» و افزایش حمایت‌ها، چشم‌انداز استفاده از PASP و IDHA برای درمان فلزات سنگین وجود دارد. خاک آلوده بهتر و بهتر می شود.