Il suolo è una delle risorse su cui gli esseri umani fanno affidamento per sopravvivere ed è il fondamento dell'ambiente ecologico. Nel processo di trasformazione della natura, soprattutto con il rapido sviluppo dell’industria e l’espansione del commercio globale, l’industria chimica ha raggiunto un rapido sviluppo. Successivamente, il danno ambientale causato dall’inquinamento chimico è diventato sempre più grave. Il problema dell’inquinamento da metalli pesanti nel suolo è diventato particolarmente importante. All'estero, il dolore osseo causato da livelli eccessivi di cadmio e la malattia di Minamata causata da livelli eccessivi di mercurio minacciano direttamente la vita delle persone e la sicurezza sanitaria. Anche l’”incidente del riso al cadmio Hunan” avvenuto intorno al 2013 nel Guangdong, in Cina, ha lanciato un allarme per le persone. Il 28 maggio 2016, il Consiglio di Stato ha attuato il "Piano d'azione per la prevenzione e il controllo dell'inquinamento del suolo" (articolo 10), che prevedeva esplicitamente che il controllo e la bonifica dell'inquinamento dovessero essere effettuati per migliorare la qualità dell'ambiente del suolo regionale. Soprattutto nelle aree con inquinamento del suolo da metalli pesanti, come la città di Taizhou nella provincia di Zhejiang, la città di Huangshi nella provincia di Hubei, la città di Changde nella provincia di Hunan, la città di Shaoguan nella provincia di Guangdong, la città di Hechi nella regione autonoma di Guangxi Zhuang e la città di Tongren nella provincia di Guizhou, dovrebbero essere stabiliti i settori prioritari. Dare pieno spazio al ruolo guida del governo, istituire fondi speciali per la prevenzione e il controllo dell’inquinamento del suolo da parte dei governi centrali e locali a tutti i livelli e aumentare il sostegno alle attività di prevenzione e controllo dell’inquinamento del suolo. Dagli anni ’90, le sostanze chimiche verdi e le tecnologie correlate hanno fatto grandi progressi nel trattamento dell’inquinamento da metalli pesanti nel suolo, con importanti ricerche relative ai derivati ​​dell’acido aspartico, dell’acido poliaspartico (PASP) e dell’acido imminodisuccinico (IDHA).

1. Prodotti Chimici Sintetici Biomimetici - PASP

PASP è una proteina sintetica idrosolubile che esiste naturalmente nel muco dei molluschi marini come le ostriche. La struttura PASP è priva di numerosi gruppi carbossilici e amminici, con due configurazioni asimmetriche α、β, un materiale biopolimerico multifunzionale versatile ed ecologico con un'ampia gamma di applicazioni. Ampiamente utilizzato per l'integrazione nutrizionale delle piante, il miglioramento dell'efficienza dei fertilizzanti, l'inibizione delle incrostazioni disperse nell'industria del trattamento delle acque, il trattamento dei metalli pesanti del suolo, ecc. In numerosi campi di applicazione, PASP promuove la crescita delle colture. Più importante. Data l’esclusiva funzione chelante e disperdente degli ioni metallici del PASP, l’uso dei sali dell’acido poliaspartico nel trattamento dell’inquinamento da metalli pesanti del suolo è sempre più apprezzato da molti ricercatori. Attualmente, la ricerca sui sali dell'acido poliaspartico in questo campo si concentra principalmente su metodi di trattamento chimico e biologico.

1.1Legge sui trattamenti chimici

Il metodo di trattamento chimico per l'inquinamento da metalli pesanti nel suolo PASP si riferisce al metodo di utilizzo delle caratteristiche degli ioni metallici chelanti PASP, combinandoli con ioni di metalli pesanti e quindi utilizzando metodi di lisciviazione o estrazione per separare i chelati di metalli pesanti PASP dal suolo, in tal modo rimozione dei metalli pesanti dal suolo. Quando il PASP viene utilizzato per il controllo dell'inquinamento da metalli pesanti nel suolo, è meno influenzato dal pH ambientale. La ricerca di Cao Zhenyu mostra che quando PASP viene applicato al trattamento di lisciviazione oscillatoria del suolo contaminato, il tasso di rimozione dei metalli pesanti da parte del sale dell'acido poliaspartico è più elevato in un ambiente a pH più basso, soprattutto a pH 1. In uno studio sui metalli pesanti nei fanghi di Nell'impianto di trattamento delle acque reflue di Taopu a Shanghai, i ricercatori hanno scoperto che PASP ha buone prestazioni di estrazione per vari metalli pesanti nei fanghi ad acidità moderata. Tuttavia, i ricercatori hanno opinioni diverse sui tipi di metalli pesanti che possono essere attivati ​​dal PASP, ma possono dimostrare la ricchezza dei loro tipi di metalli pesanti chelati da una prospettiva laterale. Zhang Hua ha scoperto che lavorando insieme al perossido di idrogeno, il PASP può estrarre efficacemente Zn, Ni, Cu, nonché parte di Cd e Cr dai fanghi. Fang Yifeng et al. scoperto attraverso la ricerca che PASP ha un buon effetto di estrazione sugli ioni di metalli pesanti Cd, con tassi di estrazione superiori al 50%, e maggiore è la quantità di PASP utilizzata, migliore è l'effetto di estrazione. Wen Dongdong ritiene che PASP possa rimuovere efficacemente il Pb dal suolo, ma il suo effetto di potenziamento sulla rimozione di Cu e Cr non è significativo; La ragione principale di questa conclusione è che PASP promuove la trasformazione delle forme di metalli pesanti Cu e Cr nel suolo, determinando una scarsa mobilità e influenzandone l’efficienza di estrazione.

1.2Legge sulla governance biologica

Il metodo di trattamento biologico per l'inquinamento da metalli pesanti nel suolo PASP si riferisce all'utilizzo del PASP come mezzo ausiliario per il trattamento biologico dell'inquinamento da metalli pesanti nel suolo. Utilizzando l'effetto regolatore del PASP sugli enzimi biologici nella coltura o l'effetto migliorativo del PASP sul suolo, il PASP può combinarsi con ioni metallici come Fe, Zn, Mn nel terreno per formare enzimi biologici esogeni per le colture, promuovendo così il miglioramento della resa e della qualità delle colture e migliorando l'assorbimento dei metalli pesanti da parte delle colture. Si tratta quindi di un metodo per controllare i metalli pesanti nel suolo. Essendo un agente sinergico ampiamente utilizzato in Cina, il PASP ha un effetto indiscutibile sulla crescita delle colture, che fornisce ispirazione ai ricercatori nella ricerca sul trattamento dei metalli pesanti.

La ricerca di Xu Li mostra che il PASP può promuovere la crescita dell'erba di vetiver, aumentare il contenuto di clorofilla dell'erba di vetiver e rafforzare la fotosintesi delle piante, soprattutto in condizioni di bassa concentrazione di Cu. Il PASP può promuovere la crescita dell’erba di vetiver e in una certa misura alleviare il danno del Cu ai tessuti dell’erba di vetiver. Zhang Xin et al. scoperto che entro un certo intervallo di concentrazione, la capacità di attivazione del PASP per Pb e Cd aumenta con l'aumento della concentrazione di PASP; Allo stesso tempo, negli esperimenti in vaso è stato riscontrato che il PASP ha un significativo effetto rinforzante sulla bonifica del terreno contaminato da metalli pesanti da parte del mais. Xu Weiwei et al. ritengono che la condivisione di PASP e FeCl3 abbia un buon effetto sull’inquinamento da Cd e, a differenza di altri agenti chimici, l’uso del trattamento PASP può migliorare significativamente la crescita della biomassa delle colture. Dou Qiaohui ha scoperto che sotto stress da Cu e Cd, l'applicazione del sale di acido poliaspartico nei pomodori non solo può bilanciare la nutrizione delle piante, migliorare l'attività enzimatica negli organismi, promuovere la crescita delle colture, ma anche migliorare la qualità del pomodoro, ridurre il contenuto assorbibile di Cu e Cd, che è utile per la gestione dell’inquinamento da metalli pesanti del suolo. 

2. Agente chelante verde - IDHA

Gli agenti chelanti sono tra i prodotti chimici più utilizzati e coprono quasi tutti i settori come quello farmaceutico, chimico, tessile, chimico quotidiano, fabbricazione della carta, alimentare, cuoio, gomma, agricoltura, giacimenti petroliferi, estrazione mineraria, trattamento del suolo, ecc. Principalmente agenti chelanti tradizionali includono acido etilendiamminotetraacetico e suoi sali (EDTA), acido ipoamminotriacetico e suoi sali (NTA), acido dietilenetriaminopentaacetico e suoi sali (DTPA), acido citrico, acido tartarico, ecc.; Tra questi, l'EDTA è diventato l'agente chelante più utilizzato grazie alla sua eccellente capacità chelante e all'eccellente rapporto costo-efficacia. Tuttavia, il processo di produzione dell’EDTA è gravemente inquinato e difficile da degradare nell’ambiente naturale, il che può causare un grave inquinamento ambientale e la lisciviazione di sostanze di metalli pesanti nelle acque sotterranee dopo l’applicazione, comportando così un certo rischio per la salute umana. Inoltre, le acque reflue contenenti EDTA trasporteranno metalli nocivi dai fanghi sottomarini nel corpo idrico dopo lo scarico, causando nuovi rischi per la salute umana ed ecologica; Pertanto, l'Unione Europea ha emanato norme pertinenti che richiedono che la concentrazione di EDTA nei fiumi sia compresa tra 10 e 100 μ G/L, mentre nel lago una concentrazione compresa tra 1 e 10 μ G/L rappresenta il requisito più severo tra tutti i composti artificiali. . Con il rafforzamento della consapevolezza ambientale, le persone stanno gradualmente iniziando ad agire in merito. La Direttiva UE 1999/476/ECL187/52 vieta esplicitamente l'uso dell'EDTA in molteplici settori come quello alimentare, medicinale e tessile. Allo stesso tempo, ne limita l’uso nell’industria del lavaggio e rafforza gradualmente la ricerca sulla chimica verde. In pochi anni sono emersi in tutto il mondo molti nuovi tipi di sostanze chimiche con proprietà chelanti, di cui IDHA è un esempio. L'IDHA ha proprietà chimiche relativamente stabili e può mantenere una buona stabilità in ambienti acidi e alcalini forti. Rispetto all'EDTA, ha due caratteristiche importanti: (1) ha una struttura di ligando di acido tetracarbossilico, una moderata capacità chelante ed è facile ottenere chelazione e dechelazione degli ioni metallici. La costante di chelazione per gli ioni metallici generici è leggermente inferiore a quella dell'EDTA, ma alcuni ioni come Cu2+ hanno costanti di chelazione più elevate dell'EDTA; (2) Processo di produzione non tossico, innocuo, pulito, facilmente biodegradabile e può essere completamente decomposto in amminoacidi biodegradabili e acido succinico. Attualmente, questa sostanza chimica è stata gradualmente applicata in vari campi come l'agricoltura, la stampa e la tintura, la fabbricazione della carta, i prodotti chimici quotidiani, il trattamento delle acque e l'inquinamento da metalli pesanti. I rapporti sulla bonifica dell'inquinamento da metalli pesanti nel suolo da parte dell'IDHA si concentrano principalmente sui metodi di trattamento biologico e chimico.

2.1Legge sulla governance biologica

Liu Xiaona ritiene che il trattamento IDHA (sale) delle piante di mais aumenti significativamente la concentrazione di Cd nelle parti fuori terra rispetto al controllo in bianco e al trattamento EDTA, e migliori anche significativamente la concentrazione di Cu nelle parti fuori terra e nelle radici rispetto al controllo in bianco e all'EDTA trattamento, che aiuta ad accelerare la gestione dei metalli pesanti nel suolo. Tian Haoqi ha dimostrato attraverso esperimenti che l'IDHA (sale) può attivare As e Cd fissi nel terreno, promuovendo l'assorbimento dei metalli pesanti da parte delle piante.

2.2Legge sui trattamenti chimici

Il metodo di trattamento chimico ha la caratteristica di rimuovere rapidamente i metalli pesanti dal terreno contaminato, che è ampiamente utilizzato e può risolvere completamente i problemi. Tuttavia, come separare efficacemente gli agenti chelanti dai metalli pesanti e riciclarli è una sfida.

Attraverso la ricerca continua, i ricercatori hanno scoperto che il nuovo IDHA ha il potenziale per risolvere i problemi sopra menzionati: (1) L'IDHA ha un'elevata efficienza di chelazione. Secondo la ricerca, l'efficienza di estrazione dell'IDHA (sale) per il cadmio nei fanghi delle centrali elettriche in determinate condizioni è del 68%. Allo stesso tempo, a condizione di aggiungere acido fosforico all’1,2%, l’efficienza di estrazione dell’IDHA per Cu e Ni nei fanghi è significativamente migliorata, con tassi di estrazione superiori al 90%. Duan Gaoqi ha scoperto attraverso la ricerca che l'IDHA ha un buon effetto di rimozione dei metalli pesanti nei fanghi delle centrali elettriche, soprattutto quando il rapporto molare totale tra IDHA e metalli pesanti è 8:1 e viene aggiunta una piccola quantità di H3PO4, l'effetto di rimozione è il migliore . (2) IDHA è facile da eluire e da ottenere la separazione. Hu Xiaojun considera l'IDHA il componente principale di una soluzione di lisciviazione rispettosa dell'ambiente. In condizioni di acidità neutra del suolo, IDHA ha una buona capacità di eluizione dei metalli pesanti nel suolo, con tassi di rimozione della lisciviazione singola superiori al 90%. Può eluire in modo efficiente i metalli pesanti nel terreno e ha scoperto che l'IDHA può essere completamente degradato dai microrganismi presenti nell'ambiente senza causare inquinamento. È una sostanza lisciviante ideale per la bonifica del terreno con metalli pesanti, rispettosa dell'ambiente. (3) L'IDHA può modificare le forme esistenti di metalli pesanti e ha il potenziale per risolvere radicalmente l'inquinamento da metalli pesanti. Wang Guiyin et al. scoperto attraverso la ricerca che l'IDHA può rimuovere efficacemente i metalli pesanti dal suolo contaminato e ridurre il rischio ambientale di metalli pesanti residui. Può ridurre le quantità residue di Cd, Pb e Zn idrosolubili, scambiabili e legati ai carbonati nel suolo. Chen Chunle et al. ottenuto anche risultati simili.

3. Prospezione
4.  

Rispetto agli agenti chelanti degli ioni di metalli pesanti esistenti nel suolo, PASP e IDHA hanno le loro caratteristiche uniche: (1) queste due sostanze hanno una capacità chelante moderata e sono più facili da separare dagli ioni di metalli pesanti nel trattamento successivo; (2) Queste due sostanze sono facili da degradare e il prodotto degradato è una miscela di acido aspartico e acido maleico, che può essere utilizzato da colture o microrganismi senza residui e non causerà inquinamento organico al suolo; (3) Queste due sostanze hanno un effetto di promozione biologica e possono essere utilizzate come mezzi ausiliari per controllare l'inquinamento da metalli pesanti del suolo; (4) Tra queste due sostanze, la funzione del metodo chimico dell'IDHA può essere superiore alla funzione del metodo biologico, mentre il PASP è l'opposto. Attraverso ricerche pertinenti, la combinazione di diversi metodi di bonifica può migliorare efficacemente l'efficienza del controllo dell'inquinamento da metalli pesanti, come il metodo di bonifica misto di agente di bonifica microbico e agente di bonifica chimico, il metodo di biobonifica del materiale biochar (Yatuocao), la zeolite microbica altamente attiva metodo di bonifica e metodo di bonifica microbica (Aspergillus flavus) vegetale (Loietto).

Pertanto, l'autore ritiene che la combinazione dei prodotti di cui sopra possa combinare organicamente metodi biologici e chimici, il che non solo riflette la natura rapida ed efficiente dei metodi chimici, ma riflette anche la sicurezza e la natura ecologica dei metodi biologici e può formare un nuovo forma di governance per i metodi chimici biologici. L'autore ritiene che l'applicazione di PASP e IDHA nel trattamento dell'inquinamento da metalli pesanti nel suolo possa essere tentata attraverso un metodo biochimico, il che significa che dopo che i due sono usati insieme, l'efficienza biologica del PASP e l'efficienza dell'estrazione chimica dell'IDHA possono essere utilizzati per promuovere congiuntamente il trattamento dell’inquinamento da metalli pesanti. Sebbene alcuni dei rapporti citati in questo studio siano ancora in fase di ricerca, con l’implementazione di normative pertinenti nelle politiche nazionali come i “Dieci principi del suolo” e il rafforzamento del sostegno, le prospettive di utilizzo di PASP e IDHA per trattare i metalli pesanti il terreno contaminato diventerà sempre migliore.