Tanah merupakan salah satu sumber daya yang diandalkan manusia untuk kelangsungan hidup, dan merupakan fondasi komponen penting lingkungan ekologi. Dalam proses transformasi alam, terutama dengan pesatnya perkembangan industri dan perluasan perdagangan global, industri kimia telah mencapai perkembangan pesat. Selanjutnya, kerusakan lingkungan akibat pencemaran bahan kimia menjadi semakin parah. Masalah pencemaran logam berat di tanah menjadi sangat menonjol. Di luar negeri, nyeri tulang akibat kadar kadmium yang berlebihan dan penyakit Minamata akibat kadar merkuri yang berlebihan secara langsung mengancam nyawa dan keselamatan kesehatan masyarakat. "Insiden Beras Kadmium Hunan" yang terjadi sekitar tahun 2013 di Guangdong, Tiongkok juga membunyikan alarm bagi masyarakat. Pada tanggal 28 Mei 2016, Dewan Negara melaksanakan "Rencana Aksi Pencegahan dan Pengendalian Pencemaran Tanah" (Pasal 10), yang secara eksplisit menetapkan bahwa pengendalian dan remediasi pencemaran harus dilakukan untuk meningkatkan kualitas lingkungan tanah daerah. Terutama di daerah yang mengalami pencemaran tanah logam berat, seperti Kota Taizhou di Provinsi Zhejiang, Kota Huangshi di Provinsi Hubei, Kota Changde di Provinsi Hunan, Kota Shaoguan di Provinsi Guangdong, Kota Hechi di Daerah Otonomi Guangxi Zhuang, dan Kota Tongren di Provinsi Guizhou, bidang-bidang prioritas harus ditetapkan. Memainkan sepenuhnya peran utama pemerintah, membentuk dana khusus untuk pencegahan dan pengendalian pencemaran tanah oleh pemerintah pusat dan daerah di semua tingkatan, dan meningkatkan dukungan untuk upaya pencegahan dan pengendalian pencemaran tanah. Sejak tahun 1990-an, bahan kimia ramah lingkungan dan teknologi terkait telah mencapai kemajuan besar dalam penanganan polusi logam berat di tanah, dengan penelitian terkemuka terkait dengan turunan asam aspartat, asam poliaspartat (PASP) dan asam iminodisuksinat (IDHA).

1. Bahan Kimia Sintetis Biomimetik - PASP

PASP adalah protein sintetis larut air yang secara alami terdapat pada lendir kerang laut seperti tiram. Struktur PASP bebas dari banyak gugus karboksil dan amino, dengan konfigurasi α、β Dua yang asimetris, bahan biopolimer multifungsi yang serbaguna dan ramah lingkungan dengan berbagai aplikasi. Banyak digunakan untuk suplementasi nutrisi tanaman, peningkatan efisiensi pupuk, penghambatan kerak tersebar di industri pengolahan air, pengolahan logam berat tanah, dll. Di berbagai bidang aplikasi, PASP mendorong pertumbuhan tanaman. Yang paling penting. Mengingat fungsi PASP yang unik dalam pengkelat dan pendispersi ion logam, penggunaan garam asam poliaspartat dalam pengolahan pencemaran logam berat tanah semakin dihargai oleh banyak peneliti. Saat ini, penelitian garam asam poliaspartat di bidang ini terutama berfokus pada metode pengolahan kimia dan biologis.

1.1Hukum Perlakuan Kimia

Metode pengolahan kimia pencemaran logam berat pada tanah PASP mengacu pada metode pemanfaatan karakteristik ion logam pengkhelat PASP, menggabungkannya dengan ion logam berat, kemudian menggunakan metode pelindian atau ekstraksi untuk memisahkan khelat logam berat PASP dari tanah, sehingga menghilangkan logam berat dari dalam tanah. Ketika PASP digunakan untuk pengendalian pencemaran logam berat tanah, pengaruhnya terhadap pH lingkungan tidak terlalu besar. Penelitian Cao Zhenyu menunjukkan bahwa ketika PASP diterapkan pada perlakuan pelindian osilasi pada tanah yang terkontaminasi, laju penghilangan logam berat oleh garam asam poliaspartat lebih tinggi pada lingkungan pH yang lebih rendah, terutama pada pH 1. Dalam sebuah studi tentang logam berat dalam lumpur dari Di Pabrik Pengolahan Limbah Taopu di Shanghai, peneliti menemukan bahwa PASP memiliki kinerja ekstraksi yang baik untuk berbagai logam berat dalam lumpur dengan keasaman sedang. Namun, para peneliti memiliki pendapat berbeda mengenai jenis logam berat yang dapat diaktivasi oleh PASP, namun mereka dapat menunjukkan kekayaan jenis logam berat khelatnya dari sudut pandang samping. Zhang Hua menemukan bahwa dengan bekerja sama dengan hidrogen peroksida, PASP dapat secara efektif mengekstraksi Zn, Ni, Cu, serta beberapa Cd dan Cr dari lumpur. Fang Yifeng dkk. ditemukan melalui penelitian bahwa PASP memiliki efek ekstraksi yang baik terhadap ion logam berat Cd, dengan tingkat ekstraksi melebihi 50%, dan semakin tinggi jumlah PASP yang digunakan, semakin baik efek ekstraksi. Wen Dongdong percaya bahwa PASP dapat secara efektif menghilangkan Pb dari tanah, namun efek peningkatannya terhadap penghapusan Cu dan Cr tidak signifikan; Alasan utama kesimpulan ini adalah bahwa PASP mendorong transformasi bentuk logam berat Cu dan Cr di dalam tanah, sehingga mengakibatkan mobilitas yang buruk dan mempengaruhi efisiensi ekstraksi.

1.2Hukum Tata Kelola Hayati

Metode pengolahan biologis pencemaran logam berat di tanah PASP mengacu pada penggunaan PASP sebagai alat bantu pengolahan biologis pencemaran logam berat di dalam tanah. Dengan memanfaatkan efek pengaturan PASP pada enzim biologis pada tanaman atau efek perbaikan PASP pada tanah, PASP dapat bergabung dengan ion logam seperti Fe, Zn, Mn di dalam tanah untuk membentuk enzim biologis eksogen untuk tanaman, sehingga mendorong perbaikan. hasil dan kualitas tanaman, serta meningkatkan penyerapan logam berat oleh tanaman. Oleh karena itu, ini merupakan metode untuk mengendalikan logam berat di dalam tanah. Sebagai agen sinergis yang banyak digunakan di Tiongkok, PASP memiliki efek yang tidak diragukan lagi terhadap pertumbuhan tanaman, yang memberikan inspirasi bagi para peneliti dalam penelitian pengolahan logam berat.

Penelitian Xu Li menunjukkan bahwa PASP dapat mendorong pertumbuhan rumput vetiver, meningkatkan kandungan klorofil rumput vetiver, memperkuat fotosintesis tanaman, terutama pada kondisi konsentrasi Cu yang rendah. PASP dapat meningkatkan pertumbuhan rumput vetiver dan sampai batas tertentu mengurangi kerusakan Cu pada jaringan rumput vetiver. Zhang Xin dkk. menemukan bahwa dalam rentang konsentrasi tertentu, kemampuan aktivasi PASP untuk Pb dan Cd meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi PASP; Pada saat yang sama, ditemukan dalam percobaan pot bahwa PASP memiliki efek penguatan yang signifikan terhadap remediasi tanah yang terkontaminasi logam berat oleh jagung. Xu Weiwei dkk. percaya bahwa penggunaan bersama PASP dan FeCl3 mempunyai efek yang baik terhadap polusi Cd, dan tidak seperti bahan kimia lainnya, penggunaan perlakuan PASP dapat meningkatkan pertumbuhan biomassa tanaman secara signifikan. Dou Qiaohui menemukan bahwa di bawah tekanan Cu dan Cd, penerapan garam asam poliaspartat pada tomat tidak hanya dapat menyeimbangkan nutrisi tanaman, meningkatkan aktivitas enzim dalam organisme, meningkatkan pertumbuhan tanaman, tetapi juga meningkatkan kualitas tomat, mengurangi kandungan Cu dan Cd yang dapat diserap, yang bermanfaat bagi pengelolaan pencemaran logam berat tanah. 

2. Agen pengkhelat hijau - IDHA

Agen pengkelat adalah salah satu bahan kimia yang paling banyak digunakan, mencakup hampir semua industri seperti farmasi, bahan kimia, tekstil, bahan kimia sehari-hari, pembuatan kertas, makanan, kulit, karet, pertanian, ladang minyak, pertambangan, pengolahan tanah, dll. Agen pengkhelat tradisional terutama termasuk asam etilendiamintetraasetat dan garamnya (EDTA), asam hipoaminotriasetat dan garamnya (NTA), asam dietilenatriaminepentaasetat dan garamnya (DTPA), asam sitrat, asam tartarat, dan sebagainya; Diantaranya, EDTA telah menjadi agen pengkhelat yang paling banyak digunakan karena kemampuan pengkhelatnya yang sangat baik dan efektivitas biaya yang sangat baik. Namun, proses produksi EDTA sangat tercemar dan sulit terurai di lingkungan alam, yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan yang serius dan dapat menyebabkan pencucian zat logam berat ke dalam sistem air tanah setelah digunakan, sehingga menimbulkan risiko tertentu bagi kesehatan manusia. Selain itu, air limbah yang mengandung EDTA akan membawa logam berbahaya dari lumpur bawah air ke badan air setelah dibuang, sehingga menimbulkan bahaya baru bagi kesehatan manusia dan ekologi; Oleh karena itu, Uni Eropa telah mengeluarkan peraturan terkait yang mewajibkan konsentrasi EDTA di sungai antara 10 dan 100 μ G/L, dengan konsentrasi 1-10 di danau μ G/L adalah persyaratan paling ketat di antara semua senyawa buatan. . Dengan menguatnya kesadaran lingkungan, masyarakat secara bertahap mulai mengambil tindakan terhadap hal ini. Petunjuk UE 1999/476/ECL187/52 secara eksplisit melarang penggunaan EDTA di berbagai industri seperti makanan, obat-obatan, dan tekstil. Pada saat yang sama, mereka membatasi penggunaannya dalam industri pencucian dan secara bertahap memperkuat penelitian tentang bahan kimia ramah lingkungan. Hanya dalam beberapa tahun, banyak jenis bahan kimia baru dengan sifat pengkelat telah muncul di seluruh dunia, dan IDHA menjadi salah satu perwakilannya. IDHA memiliki sifat kimia yang relatif stabil dan dapat menjaga stabilitas yang baik dalam media asam kuat dan alkali. Dibandingkan dengan EDTA, ia memiliki dua karakteristik yang menonjol: (1) memiliki struktur ligan asam tetrakarboksilat, kemampuan pengkelat sedang, dan mudah untuk mencapai khelasi dan dekelat ion logam. Konstanta khelasi untuk ion logam umum sedikit lebih rendah dibandingkan EDTA, namun beberapa ion seperti Cu2+ memiliki konstanta khelasi lebih tinggi dibandingkan EDTA; (2) Proses produksi tidak beracun, tidak berbahaya, bersih, mudah terurai secara hayati, dan dapat terurai sempurna menjadi asam amino dan asam suksinat yang dapat terurai secara hayati. Saat ini, bahan kimia ini secara bertahap telah diterapkan di berbagai bidang seperti pertanian, percetakan dan pewarnaan, pembuatan kertas, bahan kimia sehari-hari, pengolahan air, dan polusi logam berat. Laporan remediasi pencemaran logam berat di tanah oleh IDHA terutama berfokus pada metode pengolahan biologis dan kimia.

2.1Hukum Tata Kelola Hayati

Liu Xiaona berpendapat bahwa perlakuan IDHA (garam) pada tanaman jagung secara signifikan meningkatkan konsentrasi Cd di bagian atas tanah dibandingkan dengan kontrol blanko dan perlakuan EDTA, dan juga secara signifikan meningkatkan konsentrasi Cu di bagian atas tanah dan akar dibandingkan dengan kontrol blanko dan EDTA. pengolahan, yang membantu mempercepat pengelolaan logam berat dalam tanah. Tian Haoqi telah menunjukkan melalui eksperimen bahwa IDHA (garam) dapat mengaktifkan As dan Cd yang terfiksasi di dalam tanah, sehingga meningkatkan penyerapan logam berat oleh tanaman.

2.2Hukum Perlakuan Kimia

Metode pengolahan kimia memiliki karakteristik menghilangkan logam berat dari tanah yang terkontaminasi dengan cepat, yang banyak digunakan dan dapat menyelesaikan masalah secara tuntas. Namun, bagaimana cara efektif memisahkan bahan pengkhelat dari logam berat dan mendaur ulangnya merupakan sebuah tantangan.

Melalui penelitian berkelanjutan, para peneliti menemukan bahwa IDHA baru berpotensi memecahkan permasalahan di atas: (1) IDHA memiliki efisiensi khelasi yang tinggi. Berdasarkan penelitian, efisiensi ekstraksi IDHA (garam) untuk Cd dalam lumpur pembangkit listrik pada kondisi tertentu adalah 68%. Pada saat yang sama, dengan penambahan asam fosfat 1,2%, efisiensi ekstraksi IDHA untuk Cu dan Ni dalam lumpur meningkat secara signifikan, dengan tingkat ekstraksi melebihi 90%. Duan Gaoqi menemukan melalui penelitian bahwa IDHA memiliki efek penghilangan yang baik terhadap logam berat dalam lumpur pembangkit listrik, terutama bila rasio molar total IDHA terhadap logam berat adalah 8:1 dan sejumlah kecil H3PO4 ditambahkan, efek penghilangannya adalah yang terbaik. . (2) IDHA mudah dielusi dan mencapai pemisahan. Hu Xiaojun menganggap IDHA sebagai komponen utama solusi pencucian yang ramah lingkungan. Dalam kondisi keasaman tanah netral, IDHA memiliki kemampuan elusi yang baik untuk logam berat di dalam tanah, dengan tingkat penghilangan pencucian tunggal di atas 90%. Ini dapat secara efisien mengelusi logam berat di dalam tanah, dan menemukan bahwa IDHA dapat terdegradasi sepenuhnya oleh mikroorganisme di lingkungan tanpa menyebabkan polusi. Ini adalah bahan pelindian remediasi tanah logam berat yang ramah lingkungan dan ideal. (3) IDHA dapat mengubah bentuk logam berat yang ada dan berpotensi mengatasi pencemaran logam berat secara mendasar. Wang Guiyin dkk. ditemukan melalui penelitian bahwa IDHA dapat secara efektif menghilangkan logam berat dari tanah yang terkontaminasi dan mengurangi risiko lingkungan dari sisa logam berat. Hal ini dapat mengurangi jumlah sisa Cd, Pb, dan Zn yang larut dalam air, dapat ditukar, dan terikat karbonat di dalam tanah. Chen Chunle dkk. juga memperoleh hasil serupa.

3. Pencarian
4.  

Dibandingkan dengan bahan pengkhelat ion logam berat tanah yang ada, PASP dan IDHA memiliki karakteristik uniknya masing-masing: (1) kedua zat ini memiliki kemampuan pengkhelat sedang dan lebih mudah dipisahkan dari ion logam berat pada pengolahan selanjutnya; (2) Kedua zat ini mudah terurai, dan produk yang terdegradasi merupakan campuran asam aspartat dan asam maleat, yang dapat digunakan oleh tanaman atau mikroorganisme tanpa residu dan tidak menyebabkan pencemaran organik pada tanah; (3) Kedua zat ini mempunyai efek penggerak biologis dan dapat digunakan sebagai alat bantu untuk mengendalikan pencemaran logam berat tanah; (4) Di antara kedua zat tersebut, fungsi metode kimia IDHA mungkin lebih unggul daripada fungsi metode biologis, sedangkan PASP sebaliknya. Melalui penelitian yang relevan, kombinasi metode remediasi yang berbeda dapat secara efektif meningkatkan efisiensi pengendalian pencemaran logam berat, seperti metode remediasi campuran bahan remediasi mikroba dan bahan remediasi kimia, metode bioremediasi bahan biochar (Yatuocao), mikroba zeolit ​​​​yang sangat aktif. metode remediasi, dan metode remediasi tanaman mikroba (Aspergillus flavus) (Ryegrass).

Oleh karena itu, penulis yakin bahwa kombinasi produk-produk di atas dapat menggabungkan metode biologis dan kimia secara organik, yang tidak hanya mencerminkan sifat metode kimia yang cepat dan efisien, tetapi juga mencerminkan keamanan dan sifat ramah lingkungan dari metode biologis, serta dapat membentuk metode baru. bentuk tata kelola metode biologi kimia. Penulis berpendapat bahwa penerapan PASP dan IDHA dalam penanganan pencemaran logam berat dalam tanah dapat diupayakan melalui metode biokimia, artinya setelah keduanya digunakan bersama-sama maka efisiensi biologis PASP dan efisiensi ekstraksi kimia IDHA dapat dilakukan. dapat dimanfaatkan untuk bersama-sama mempromosikan pengobatan polusi logam berat. Meskipun beberapa laporan yang disebutkan dalam penelitian ini masih dalam tahap penelitian, dengan penerapan peraturan terkait dalam kebijakan nasional seperti "Sepuluh Prinsip Tanah" dan peningkatan dukungan, prospek penggunaan PASP dan IDHA untuk mengolah logam berat tanah yang terkontaminasi akan menjadi lebih baik dan lebih baik.