Tlo je jedan od resursa na koje se ljudi oslanjaju za preživljavanje i temelj je važnih komponenti ekološkog okoliša. U procesu preobrazbe prirode, posebice brzim razvojem industrije i širenjem globalne trgovine, kemijska industrija postigla je brz razvoj. Posljedično, šteta za okoliš uzrokovana kemijskim onečišćenjem postala je sve veća. Posebno je izražen problem onečišćenja tla teškim metalima. U stranim zemljama bolovi u kostima uzrokovani prekomjernim razinama kadmija i Minamata bolest uzrokovana prekomjernim razinama žive izravno ugrožavaju živote i zdravstvenu sigurnost ljudi. "Incident s kadmijevom rižom Hunan" koji se dogodio oko 2013. u Guangdongu u Kini također je zazvonio na uzbunu za ljude. Dana 28. svibnja 2016. Državno vijeće provelo je „Akcijski plan za sprječavanje i kontrolu onečišćenja tla” (članak 10.), kojim je izričito propisano da se kontrola onečišćenja i sanacija trebaju provoditi kako bi se poboljšala kvaliteta okoliša regionalnog tla. Posebno u područjima sa zagađenjem tla 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 utvrditi prioritetna područja. Dati punu ulogu vodećoj ulozi vlade, uspostaviti posebne fondove za sprječavanje i kontrolu onečišćenja tla od strane središnje i lokalnih vlasti na svim razinama i povećati potporu za rad na sprječavanju i kontroli onečišćenja tla. Od 1990-ih, zelene kemikalije i srodne tehnologije postigle su veliki napredak u liječenju zagađenja teškim metalima u tlu, uz istaknuta istraživanja vezana uz derivate asparaginske kiseline, poliasparaginske kiseline (PASP) i iminodisukcinske kiseline (IDHA).

1. Biomimetičke sintetičke kemikalije - PASP

PASP je sintetski protein topiv u vodi koji prirodno postoji u sluzi morskih školjkaša kao što su kamenice. Struktura PASP-a je bez brojnih karboksilnih i amino skupina, s asimetričnim α、β Dvije konfiguracije, svestran i ekološki prihvatljiv multifunkcionalni biopolimerni materijal sa širokim rasponom primjena. Naširoko se koristi za dopunu ishrane biljaka, povećanje učinkovitosti gnojiva, inhibiciju raspršenog kamenca u industriji obrade vode, obradu tla teškim metalima itd. U brojnim područjima primjene, PASP potiče rast usjeva. Najvažnije. S obzirom na jedinstvenu funkciju keliranja i dispergiranja metalnih iona PASP-a, mnogi istraživači sve više cijene upotrebu soli poliasparaginske kiseline u liječenju onečišćenja tla teškim metalima. Trenutačno su istraživanja soli poliasparaginske kiseline u ovom području uglavnom usmjerena na metode kemijske i biološke obrade.

1.1 Zakon o kemijskoj obradi

Metoda kemijske obrade onečišćenja teškim metalima u PASP tlu odnosi se na metodu iskorištavanja karakteristika PASP keliranih metalnih iona, njihovo kombiniranje s ionima teških metala, a zatim korištenjem metoda ispiranja ili ekstrakcije za odvajanje PASP kelata teških metala iz tla, čime uklanjanje teških metala iz tla. Kada se PASP koristi za kontrolu onečišćenja tla teškim metalima, na njega manje utječe pH okoliša. Istraživanje Cao Zhenyua pokazuje da kada se PASP primijeni na oscilatorni tretman ispiranja kontaminiranog tla, stopa uklanjanja teških metala soli poliasparaginske kiseline veća je u okolini s nižim pH, osobito pri pH 1. U studiji o teškim metalima u mulju iz Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda Taopu u Šangaju, istraživači su otkrili da PASP ima dobre performanse ekstrakcije raznih teških metala u mulju pri umjerenoj kiselosti. Međutim, istraživači imaju različita mišljenja o vrstama teških metala koje može aktivirati PASP, ali oni mogu pokazati bogatstvo svojih keliranih tipova teških metala sa strane perspektive. Zhang Hua otkrio je da, radeći zajedno s vodikovim peroksidom, PASP može učinkovito izvući Zn, Ni, Cu, kao i nešto Cd i Cr iz mulja. Fang Yifeng i sur. Istraživanjem je utvrđeno da PASP ima dobar učinak ekstrakcije iona teških metala Cd, sa stopama ekstrakcije većim od 50%, a što je veća količina korištenog PASP-a, to je učinak ekstrakcije bolji. Wen Dongdong vjeruje da PASP može učinkovito ukloniti Pb iz tla, ali njegov učinak poboljšanja uklanjanja Cu i Cr nije značajan; Glavni razlog za ovaj zaključak je da PASP potiče transformaciju oblika teških metala Cu i Cr u tlu, što rezultira slabom mobilnosti i utječe na njegovu učinkovitost ekstrakcije.

1.2 Zakon o biološkom upravljanju

Metoda biološke obrade onečišćenja teškim metalima u tlu PASP odnosi se na korištenje PASP-a kao pomoćnog sredstva za biološko pročišćavanje onečišćenja teškim metalima u tlu. Koristeći regulatorni učinak PASP-a na biološke enzime u usjevu ili učinak poboljšanja PASP-a na tlo, PASP se može kombinirati s metalnim ionima kao što su Fe, Zn, Mn u tlu kako bi se formirali egzogeni biološki enzimi za usjeve, čime se potiče poboljšanje prinosa i kvalitete usjeva, te povećanje apsorpcije teških metala u usjevima. Dakle, to je metoda za kontrolu teških metala u tlu. Kao široko korišteno sinergističko sredstvo u Kini, PASP ima neupitan učinak na rast usjeva, što daje inspiraciju istraživačima u istraživanju tretiranja teških metala.

Istraživanja Xu Lija pokazuju da PASP može pospješiti rast trave vetivera, povećati sadržaj klorofila u travi vetivera, ojačati fotosintezu biljaka, posebno u uvjetima niske koncentracije Cu. PASP može pospješiti rast trave vetivera i donekle ublažiti oštećenja tkiva trave vetivera uzrokovana Cu. Zhang Xin i sur. otkrili da unutar određenog raspona koncentracija, aktivacijska sposobnost PASP-a za Pb i Cd raste s porastom koncentracije PASP-a; Istodobno je u pokusima u posudama utvrđeno da PASP ima značajan učinak jačanja na sanaciju kukuruzom onečišćenog tla teškim metalima. Xu Weiwei i sur. vjeruju da dijeljenje PASP-a i FeCl3 ima dobar učinak na onečišćenje kadmijem, a za razliku od drugih kemijskih sredstava, korištenje PASP-a može značajno poboljšati rast biomase usjeva. Dou Qiaohui je otkrio da pod stresom Cu i Cd, primjena soli poliasparaginske kiseline u rajčicama ne samo da može uravnotežiti ishranu biljaka, poboljšati aktivnost enzima u organizmima, pospješiti rast usjeva, već i poboljšati kvalitetu rajčice, smanjiti sadržaj Cu i Cd koji se apsorbira, što je korisno za upravljanje onečišćenjem tla teškim metalima. 

2. Zeleni kelirajući agens - IDHA

Kelatni agensi su jedne od najčešće korištenih kemikalija, pokrivajući gotovo sve industrije kao što su farmaceutska, kemijska, tekstilna, dnevne kemikalije, proizvodnja papira, hrana, koža, guma, poljoprivreda, naftna polja, rudarstvo, obrada tla, itd. Tradicionalni kelatni agensi uglavnom uključuju etilendiamintetraoctenu kiselinu i njezine soli (EDTA), hipoaminotrioctenu kiselinu i njezine soli (NTA), dietilentriaminpentaoctenu kiselinu i njezine soli (DTPA), limunsku kiselinu, vinsku kiselinu, itd.; Među njima, EDTA je postala najčešće korišteni kelatni agens zbog svoje izvrsne sposobnosti keliranja i izvrsne isplativosti. Međutim, proces proizvodnje EDTA je jako zagađen i teško ga je razgraditi u prirodnom okruženju, što može uzrokovati ozbiljno onečišćenje okoliša i može uzrokovati ispiranje tvari teških metala u sustav podzemnih voda nakon primjene, što predstavlja određeni rizik za ljudsko zdravlje. Osim toga, otpadna voda koja sadrži EDTA prenosit će štetne metale iz podvodnog mulja u vodeno tijelo nakon ispuštanja, uzrokujući nove opasnosti za ljudsko i ekološko zdravlje; Stoga je Europska unija izdala odgovarajuće propise koji zahtijevaju da koncentracija EDTA u rijekama bude između 10 i 100 μG/L, dok je koncentracija 1-10 u jezeru μG/L najstroži zahtjev među svim umjetnim spojevima. . Jačanjem ekološke svijesti ljudi postupno počinju djelovati na to. EU Direktiva 1999/476/ECL187/52 izričito zabranjuje upotrebu EDTA u više industrija kao što su prehrambena, medicinska i tekstilna. Istodobno se ograničava njegova uporaba u industriji rublja i postupno se jača istraživanje zelenih kemikalija. U samo nekoliko godina u svijetu su se pojavile mnoge nove vrste kemikalija sa svojstvima keliranja, a IDHA je njihov predstavnik. IDHA ima relativno stabilna kemijska svojstva i može održati dobru stabilnost u jakim kiselinama i alkalijama. U usporedbi s EDTA, ima dvije istaknute karakteristike: (1) ima strukturu liganda tetrakarboksilne kiseline, umjerenu sposobnost keliranja i lako se postiže keliranje i dekeliranje metalnih iona. Kelacijska konstanta za opće metalne ione je nešto niža od EDTA, ali neki ioni kao što je Cu2+ imaju više kelacijske konstante od EDTA; (2) Neotrovan, bezopasan, čist proces proizvodnje, lako biorazgradiv i može se potpuno razgraditi u biorazgradive aminokiseline i jantarnu kiselinu. Trenutno se ova kemikalija postupno primjenjuje u raznim područjima kao što su poljoprivreda, tiskanje i bojanje, proizvodnja papira, dnevne kemikalije, obrada vode i onečišćenje teškim metalima. Izvješća o sanaciji onečišćenja tla teškim metalima od strane IDHA uglavnom se fokusiraju na biološke i kemijske metode obrade.

2.1 Zakon o biološkom upravljanju

Liu Xiaona vjeruje da IDHA (sol) tretman biljaka kukuruza značajno povećava koncentraciju Cd u nadzemnim dijelovima u usporedbi sa slijepom kontrolom i tretmanom EDTA, te također značajno poboljšava koncentraciju Cu u nadzemnim i korijenskim dijelovima u usporedbi sa slijepom kontrolom i EDTA. tretman, koji pomaže ubrzati upravljanje teškim metalima u tlu. Tian Haoqi je eksperimentima pokazao da IDHA (sol) može aktivirati fiksirani As i Cd u tlu, pospješujući apsorpciju teških metala u biljkama.

2.2 Zakon o kemijskoj obradi

Metoda kemijske obrade ima karakteristiku brzog uklanjanja teških metala iz onečišćenog tla, što je široko rasprostranjeno i može u potpunosti riješiti probleme. Međutim, izazov je kako učinkovito odvojiti kelate od teških metala i reciklirati ih.

Kroz kontinuirano istraživanje, istraživači su otkrili da novi IDHA ima potencijal za rješavanje gore navedenih problema: (1) IDHA ima visoku učinkovitost keliranja. Prema istraživanjima, učinkovitost ekstrakcije IDHA (soli) za Cd u mulju elektrane pod određenim uvjetima je 68%. U isto vrijeme, uz uvjet dodavanja 1,2% fosforne kiseline, učinkovitost ekstrakcije IDHA za Cu i Ni u mulju je značajno poboljšana, sa stopama ekstrakcije većim od 90%. Duan Gaoqi je istraživanjem otkrio da IDHA ima dobar učinak uklanjanja teških metala u mulju elektrane, posebno kada je ukupni molarni omjer IDHA prema teškim metalima 8:1 i dodana je mala količina H3PO4, učinak uklanjanja je najbolji . (2) IDHA je lako eluirati i postići odvajanje. Hu Xiaojun smatra IDHA glavnom komponentom ekološki prihvatljive otopine za ispiranje. U uvjetima neutralne kiselosti tla, IDHA ima dobru sposobnost eluiranja teških metala u tlu, sa stopama uklanjanja pojedinačnim ispiranjem iznad 90%. Može učinkovito eluirati teške metale u tlu i otkrio je da IDHA mogu potpuno razgraditi mikroorganizmi u okolišu bez izazivanja onečišćenja. To je idealna, ekološki prihvatljiva tvar za ispiranje tla teških metala. (3) IDHA može promijeniti postojeće oblike teških metala i ima potencijal temeljno riješiti problem zagađenja teškim metalima. Wang Guiyin i sur. istraživanjem je utvrdio da IDHA može učinkovito ukloniti teške metale iz kontaminiranog tla i smanjiti ekološki rizik od zaostalih teških metala. Može smanjiti zaostale količine u vodi topivih, izmjenjivih i karbonatno vezanih Cd, Pb i Zn u tlu. Chen Chunle i sur. također dobili slične rezultate.

3. Istraživanje
4.  

U usporedbi s postojećim sredstvima za keliranje iona teških metala u tlu, PASP i IDHA imaju svoje jedinstvene karakteristike: (1) ove dvije tvari imaju umjerenu sposobnost keliranja i lakše ih je odvojiti od iona teških metala u kasnijoj obradi; (2) Ove dvije tvari lako se razgrađuju, a razgrađeni proizvod je mješavina asparaginske kiseline i maleinske kiseline, koju mogu koristiti usjevi ili mikroorganizmi bez ostataka i neće uzrokovati organsko onečišćenje tla; (3) Ove dvije tvari imaju biološki pospješujući učinak i mogu se koristiti kao pomoćna sredstva za kontrolu onečišćenja tla teškim metalima; (4) Među ove dvije tvari, funkcija kemijske metode IDHA može biti bolja od funkcije biološke metode, dok je PASP suprotna. Kroz relevantna istraživanja, kombinacija različitih metoda sanacije može učinkovito poboljšati učinkovitost kontrole onečišćenja teškim metalima, kao što je mješovita metoda remedijacije mikrobnog remedijacijskog sredstva i kemijskog remedijacijskog agensa, metoda bioremedijacije biougljenim materijalom (Yatuocao), visoko aktivni zeolit ​​mikrobiološki metoda sanacije, te metoda sanacije mikrobne (Aspergillus flavus) biljke (ljulj).

Stoga autor vjeruje da kombinacija gore navedenih proizvoda može organski kombinirati biološke i kemijske metode, što ne samo da odražava brzu i učinkovitu prirodu kemijskih metoda, već također odražava sigurnost i ekološku prirodu bioloških metoda, te može formirati novu oblik upravljanja za biološke kemijske metode. Autor vjeruje da se primjena PASP-a i IDHA-a u tretiranju onečišćenja tla teškim metalima može pokušati biokemijskom metodom, što znači da nakon što se to dvoje koristi zajedno, biološka učinkovitost PASP-a i učinkovitost kemijske ekstrakcije IDHA-e mogu koristiti za zajedničko promicanje tretmana onečišćenja teškim metalima. Iako su neka od izvješća spomenuta u ovoj studiji još uvijek u fazi istraživanja, uz provedbu relevantnih propisa u nacionalnim politikama kao što su "Deset načela tla" i jačanje potpore, izgledi korištenja PASP-a i IDHA-e za tretiranje teških metala onečišćeno će tlo postajati sve bolje i bolje.