A talaj az egyik olyan erőforrás, amelyre az ember támaszkodik a túléléshez, és ez az ökológiai környezet fontos összetevőinek alapja. A természet átalakulásának folyamatában, különösen az ipar rohamos fejlődésével és a világkereskedelem bővülésével, a vegyipar gyors fejlődést ért el. Ezt követően a vegyi szennyezés okozta környezeti károk egyre súlyosabbá váltak. A talaj nehézfém-szennyezésének problémája különösen szembetűnővé vált. Külföldi országokban a túlzott kadmiumszint okozta csontfájdalom és a túlzott higanyszint által okozott Minamata-betegség közvetlenül veszélyezteti az emberek életét és egészségét. A „Hunan kadmiumrizs-incidens”, amely 2013 körül történt a kínai Guangdongban, szintén riadót fújt az emberek számára. 2016. május 28-án az Államtanács végrehajtotta a "Talajszennyezés megelőzési és ellenőrzési cselekvési tervet" (10. cikk), amely kifejezetten előírta, hogy a szennyezés ellenőrzését és kármentesítését a regionális talajkörnyezet minőségének javítása érdekében kell végrehajtani. Különösen nehézfém-szennyezettségű területeken, mint például Taizhou város Zhejiang tartományban, Huangshi város Hubei tartományban, Changde város Hunan tartományban, Shaoguan város Guangdong tartományban, Hechi város Guangxi Zhuang autonóm régióban és Tongren város Guizhou tartományban, kiemelt területeket kell meghatározni. Teljes mértékben érvényesítse a kormány vezető szerepét, hozzon létre külön alapokat a központi és helyi önkormányzatok minden szinten a talajszennyezés megelőzésére és ellenőrzésére, valamint növelje a talajszennyezés megelőzésére és csökkentésére irányuló munkák támogatását. Az 1990-es évek óta a zöld vegyszerek és a kapcsolódó technológiák nagy előrehaladást értek el a talaj nehézfém-szennyezésének kezelésében, kiemelkedő kutatások folytak az aszparaginsav, poliaszparaginsav (PASP) és imino-diborostyánkősav (IDHA) származékaival kapcsolatban.

1. Biomimetikus szintetikus vegyszerek – PASP

A PASP egy vízben oldódó szintetikus fehérje, amely természetesen megtalálható a tengeri kagylók, például az osztrigák nyálkájában. A PASP szerkezete számos karboxil- és aminocsoporttól mentes, aszimmetrikus α、β Két konfigurációjú, sokoldalú és környezetbarát multifunkcionális biopolimer anyag, széleskörű felhasználási lehetőséggel. Széles körben alkalmazzák növényi tápanyag-kiegészítésre, műtrágya-hatékonyság növelésére, szórt vízkő gátlásra a vízkezelő iparban, talaj nehézfém-kezelésére stb. A PASP számos alkalmazási területen elősegíti a termésnövekedést. A legfontosabb. Tekintettel a PASP egyedülálló kelátképző és diszpergáló fémion-funkciójára, a poliaszparaginsav-sók felhasználása a talaj nehézfém-szennyezésének kezelésében egyre nagyobbra értékeli sok kutató. Jelenleg a poliaszparaginsav-sók kutatása ezen a területen főként a kémiai és biológiai kezelési módszerekre összpontosít.

1.1 A vegyi kezelésről szóló törvény

A PASP talaj nehézfém-szennyezésének vegyszeres kezelési módszere a PASP kelátképző fémionok jellemzőinek hasznosítására, nehézfém-ionokkal való kombinálására, majd a PASP nehézfém-kelátjainak a talajból történő kilúgozási vagy extrakciós módszerére utal. nehézfémek eltávolítása a talajból. Ha a PASP-t a talaj nehézfém-szennyezésének csökkentésére használják, a környezet pH-ja kevésbé befolyásolja. Cao Zhenyu kutatásai azt mutatják, hogy ha PASP-t alkalmaznak a szennyezett talaj oszcillációs kilúgozó kezeléséhez, a nehézfémek poliaszparaginsav só általi eltávolítási sebessége magasabb alacsonyabb pH-jú környezetben, különösen pH 1-nél. A sanghaji Taopu szennyvíztisztító telepen a kutatók azt találták, hogy a PASP jó extrakciós teljesítményt nyújt a mérsékelt savasságú iszapban lévő nehézfémek számára. A kutatóknak azonban eltérő vélemények vannak a PASP által aktiválható nehézfémek típusairól, de oldalról szemlélve tudják bizonyítani kelátos nehézfém-típusaik gazdagságát. Zhang Hua úgy találta, hogy a hidrogén-peroxiddal együttműködve a PASP hatékonyan képes kivonni a Zn-t, Ni-t, Cu-t, valamint némi Cd-t és Crt az iszapból. Fang Yifeng et al. kutatások során megállapították, hogy a PASP jó extrakciós hatással rendelkezik a Cd nehézfém-ionokra, az extrakciós arány meghaladja az 50%-ot, és minél nagyobb a felhasznált PASP mennyisége, annál jobb az extrakciós hatás. Wen Dongdong úgy véli, hogy a PASP hatékonyan képes eltávolítani a Pb-t a talajból, de a réz- és króm-eltávolítást fokozó hatása nem jelentős; Ennek a következtetésnek a fő oka az, hogy a PASP elősegíti a nehézfém Cu és Cr formák átalakulását a talajban, ami rossz mobilitást eredményez, és befolyásolja az extrakciós hatékonyságot.

1.2 Biológiai kormányzási törvény

A PASP talaj nehézfém-szennyezésének biológiai kezelési módszere a PASP segédeszközként történő alkalmazását jelenti a talaj nehézfém-szennyezésének biológiai kezelésére. A PASP növényben lévő biológiai enzimekre kifejtett szabályozó hatását vagy a PASP talajjavító hatását felhasználva a PASP a talajban lévő fémionokkal, mint például Fe, Zn, Mn kombinálódva exogén biológiai enzimeket képez a növények számára, elősegítve ezzel a javulást. a terméshozam és a termés minőségének javítása, valamint a nehézfémek növényi felszívódásának fokozása, így ez egy módszer a talaj nehézfémeinek szabályozására. Kínában széles körben használt szinergetikus szerként a PASP megkérdőjelezhetetlen hatással van a termésnövekedésre, ami inspirációt ad a nehézfémkezelési kutatások kutatóinak.

Xu Li kutatásai azt mutatják, hogy a PASP elősegítheti a vetiverfű növekedését, növelheti a vetiverfű klorofill tartalmát, erősítheti a növények fotoszintézisét, különösen alacsony rézkoncentráció esetén. A PASP elősegítheti a vetiverfű növekedését, és bizonyos mértékig enyhítheti a réz károsodását a vetiverfű szövetében. Zhang Xin et al. azt találta, hogy egy bizonyos koncentráció-tartományon belül a PASP Pb- és Cd-aktiváló képessége növekszik a PASP-koncentráció növekedésével; Ugyanakkor a cserepes kísérletekben azt találták, hogy a PASP jelentős erősítő hatást fejt ki a nehézfémekkel szennyezett talaj kukoricamentesítésére. Xu Weiwei et al. úgy vélik, hogy a PASP és a FeCl3 megosztása jó hatással van a Cd-szennyezésre, és más vegyszerekkel ellentétben a PASP-kezelés alkalmazása jelentősen javíthatja a növényi biomassza növekedését. Dou Qiaohui úgy találta, hogy Cu- és Cd-stressz esetén a poliaszparaginsav só alkalmazása a paradicsomban nem csak egyensúlyba hozhatja a növények táplálkozását, javítja az enzimaktivitást az organizmusokban, elősegíti a termésnövekedést, hanem javítja a paradicsom minőségét, csökkenti a réz- és cd-tartalmat, amely előnyös a talaj nehézfém-szennyezésének kezelése szempontjából. 

2. Zöld kelátképző szer – IDHA

A kelátképző szerek az egyik legszélesebb körben használt vegyi anyag, amely szinte az összes iparágat lefedi, mint például a gyógyszeripar, a vegyipar, a textilgyártás, a napi vegyszerek, a papírgyártás, az élelmiszeripar, a bőr, a gumi, a mezőgazdaság, az olajmezők, a bányászat, a talajkezelés stb. A hagyományos kelátképző szerek főként ide tartozik az etilén-diamin-tetraecetsav és sói (EDTA), a hipoamino-triecetsav és sói (NTA), a dietilén-triamin-pentaecetsav és sói (DTPA), a citromsav, a borkősav stb.; Közülük az EDTA vált a legszélesebb körben használt kelátképző szerré kiváló kelátképző képessége és kiváló költséghatékonysága miatt. Az EDTA gyártási folyamata azonban erősen szennyezett és a természetes környezetben nehezen bomlik le, ami súlyos környezetszennyezést okozhat, és a kijuttatás után nehézfémek kimosódását okozhatja a talajvízrendszerben, ami bizonyos kockázatot jelent az emberi egészségre. Ezenkívül az EDTA-t tartalmazó szennyvíz a kibocsátás után a víz alatti iszapból káros fémeket szállít a víztestbe, ami új veszélyeket jelent az emberi és ökológiai egészségre; Ezért az Európai Unió vonatkozó előírásokat adott ki, amelyek előírják, hogy az EDTA koncentrációja a folyókban 10 és 100 μ G/L között legyen, a tóban 1-10 μ G/L a legszigorúbb követelmény az összes mesterséges vegyület közül. . A környezettudatosság erősödésével az emberek fokozatosan kezdenek lépni ez ügyben. Az EU 1999/476/ECL187/52 irányelve kifejezetten tiltja az EDTA használatát számos iparágban, például élelmiszeriparban, gyógyszeriparban és textiliparban. Ugyanakkor korlátozza a mosóiparban való felhasználását, és fokozatosan erősíti a zöld vegyszerek kutatását. Csupán néhány év alatt sok új típusú kelátképző tulajdonságú vegyi anyag jelent meg világszerte, ezek egyik képviselője az IDHA. Az IDHA viszonylag stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és jó stabilitást képes fenntartani erős savas és lúgos közegben. Az EDTA-val összehasonlítva két kiemelkedő tulajdonsága van: (1) tetrakarbonsav ligandum szerkezetű, mérsékelt kelátképző képességgel rendelkezik, és könnyen megvalósítható a fémionok kelátképzése és kelátképződése. Az általános fémionok kelátképző állandója valamivel alacsonyabb, mint az EDTA, de egyes ionok, például a Cu2+ kelátképző állandója magasabb, mint az EDTA; (2) Nem mérgező, ártalmatlan, tiszta gyártási folyamat, biológiailag könnyen lebontható, és teljesen lebontható biológiailag lebontható aminosavakra és borostyánkősavra. Jelenleg ezt a vegyszert fokozatosan alkalmazzák különböző területeken, például a mezőgazdaságban, a nyomtatásban és a festésben, a papírgyártásban, a napi vegyszerekben, a vízkezelésben és a nehézfémszennyezésben. A talaj nehézfém-szennyezésének IDHA általi kármentesítéséről szóló jelentések elsősorban a biológiai és kémiai kezelési módszerekre összpontosítanak.

2.1 Biológiai kormányzási törvény

Liu Xiaona úgy véli, hogy a kukoricanövények IDHA-val (sóval) történő kezelése jelentősen megnöveli a Cd-koncentrációt a föld feletti részeken a vak kontrollhoz és az EDTA-kezeléshez képest, valamint jelentősen javítja a réz-koncentrációt a föld feletti és gyökérrészekben a vak kontrollhoz és az EDTA-hoz képest. kezelés, amely segít felgyorsítani a nehézfémek kezelését a talajban. Tian Haoqi kísérletekkel bizonyította, hogy az IDHA (só) képes aktiválni a talajban lévő fix As-t és Cd-t, elősegítve a nehézfémek növényi felszívódását.

2.2 A vegyi kezelésre vonatkozó törvény

A kémiai kezelési módszernek az a jellemzője, hogy gyorsan eltávolítja a nehézfémeket a szennyezett talajból, amelyet széles körben alkalmaznak, és teljesen megoldja a problémákat. Azonban kihívást jelent, hogyan lehet hatékonyan elválasztani a kelátképző szereket a nehézfémektől és újrahasznosítani őket.

Folyamatos kutatások során a kutatók azt találták, hogy az új IDHA képes megoldani a fent említett problémákat: (1) Az IDHA magas kelátképző hatékonysággal rendelkezik. Kutatások szerint a Cd IDHA (só) extrakciós hatékonysága az erőművi iszapban bizonyos körülmények között 68%. Ugyanakkor 1,2%-os foszforsav hozzáadása mellett az iszapban lévő rézre és nikkelre vonatkozó IDHA extrakciós hatékonysága jelentősen javul, az extrakciós arány meghaladja a 90%-ot. Duan Gaoqi kutatásai során megállapította, hogy az IDHA jó eltávolító hatást fejt ki az erőművi iszap nehézfémeire, különösen akkor, ha az IDHA és a nehézfémek teljes mólaránya 8:1, és kis mennyiségű H3PO4-ot adunk hozzá, az eltávolítási hatás a legjobb. . (2) Az IDHA könnyen eluálható és elkülöníthető. Hu Xiaojun az IDHA-t a környezetbarát kilúgozó oldat fő összetevőjének tekinti. Semleges talaj savassági körülmények között az IDHA jó elúciós képességgel rendelkezik a talajban lévő nehézfémek tekintetében, az egyszeri kimosódás eltávolítási aránya 90% feletti. Hatékonyan eluálja a nehézfémeket a talajban, és azt találta, hogy az IDHA teljesen lebontható a környezetben lévő mikroorganizmusok által anélkül, hogy szennyezést okozna. Ideális környezetbarát nehézfém talajmentesítési kilúgozó anyag. (3) Az IDHA megváltoztathatja a nehézfémek meglévő formáit, és alapvetően képes megoldani a nehézfémek szennyezését. Wang Guiyin et al. kutatások során megállapították, hogy az IDHA hatékonyan távolítja el a nehézfémeket a szennyezett talajból, és csökkenti a maradék nehézfémek környezeti kockázatát. Csökkentheti a vízben oldódó, kicserélhető és karbonáthoz kötött Cd, Pb és Zn maradék mennyiségét a talajban. Chen Chunle et al. is hasonló eredményeket értek el.

3. Kutatás
4.  

Összehasonlítva a meglévő talaj nehézfém-kelátképző szerekkel, a PASP és az IDHA egyedi jellemzőkkel rendelkezik: (1) ez a két anyag mérsékelt kelátképző képességgel rendelkezik, és későbbi kezelés során könnyebben elválaszthatók a nehézfém-ionoktól; (2) Ez a két anyag könnyen lebomlik, és a lebomlott termék aszparaginsav és maleinsav keveréke, amelyet a növények vagy mikroorganizmusok maradék nélkül felhasználhatnak, és nem okoz szerves szennyezést a talajban; (3) Ez a két anyag biológiai elősegítő hatással bír, és segédeszközként használható a talaj nehézfém-szennyezésének csökkentésére; (4) E két anyag közül az IDHA kémiai módszer funkciója jobb lehet, mint a biológiai módszer funkciója, míg a PASP ennek az ellenkezője. A releváns kutatások révén a különböző kármentesítési módszerek kombinációja hatékonyan javíthatja a nehézfém-szennyezés elleni védekezés hatékonyságát, mint például a mikrobiális kármentesítési szer és kémiai kármentesítési szer vegyes remediációs módszere, a bioszén anyagú bioremediációs módszer (Yatuocao), a nagy aktivitású zeolit ​​mikroba. kármentesítési módszer, valamint a mikrobiális (Aspergillus flavus) növényi (Ryegrass) remediációs módszer.

Ezért a szerző úgy véli, hogy a fenti termékek kombinációja szervesen ötvözi a biológiai és a kémiai módszereket, ami nemcsak a kémiai módszerek gyors és hatékony voltát tükrözi, hanem a biológiai módszerek biztonságosságát és környezetbarát jellegét is tükrözi, és újat alkothat. a biológiai kémiai módszerek irányítási formája. A szerző úgy véli, hogy a PASP és az IDHA alkalmazása a talaj nehézfém-szennyezésének kezelésében biokémiai módszerrel is megkísérelhető, ami azt jelenti, hogy a kettő együttes alkalmazása után a PASP biológiai hatékonysága és az IDHA kémiai extrakciós hatékonysága megnövelhető. a nehézfémszennyezés kezelésének közös elősegítésére. Bár az ebben a tanulmányban említett jelentések némelyike ​​még kutatási stádiumban van, a vonatkozó szabályozások nemzeti politikákba való átültetésével, mint például a "Soil Ten Principles" és a támogatás fokozása, a PASP és az IDHA alkalmazásának kilátásai a nehézfémek kezelésére. a szennyezett talaj egyre jobb lesz.