Dirvožemis yra vienas iš išteklių, nuo kurio priklauso žmonių išlikimas, ir tai yra svarbių ekologinės aplinkos komponentų pagrindas. Keičiantis gamtai, ypač sparčiai vystantis pramonei ir plečiantis pasaulinei prekybai, chemijos pramonė pasiekė spartų vystymąsi. Vėliau cheminės taršos daroma žala aplinkai tapo vis didesnė. Ypač išryškėjo dirvožemio užterštumo sunkiaisiais metalais problema. Užsienio šalyse kaulų skausmai, kuriuos sukelia per didelis kadmio kiekis, ir Minamata liga, kurią sukelia per didelis gyvsidabrio kiekis, tiesiogiai kelia grėsmę žmonių gyvybei ir sveikatai. „Hunano kadmio ryžių incidentas“, įvykęs apie 2013 m. Guangdonge, Kinijoje, taip pat sukėlė pavojaus signalą žmonėms. 2016 m. gegužės 28 d. Valstybės taryba įgyvendino „Dirvožemio taršos prevencijos ir kontrolės veiksmų planą“ (10 straipsnis), kuriame buvo aiškiai nustatyta, kad siekiant pagerinti regioninės dirvožemio aplinkos kokybę, turi būti vykdoma taršos kontrolė ir atkūrimas. Ypač vietovėse, kuriose dirvožemis užterštas sunkiaisiais metalais, pvz., Taizhou miestas Džedziango provincijoje, Huangshi miestas Hubėjaus provincijoje, Changde miestas Hunano provincijoje, Shaoguan miestas Guangdongo provincijoje, Hechi miestas Guangxi Zhuang autonominiame regione ir Tongren miestas Guidžou provincijoje, turėtų būti nustatytos prioritetinės sritys. Visapusiškai suteikite vyriausybei vadovaujantį vaidmenį, įsteigkite specialius fondus, skirtus centrinės ir vietos valdžios vykdomai dirvožemio taršos prevencijai ir kontrolei visais lygmenimis, ir didinkite paramą dirvožemio taršos prevencijos ir kontrolės darbams. Nuo 1990 m. žaliosios cheminės medžiagos ir susijusios technologijos padarė didelę pažangą gydant sunkiųjų metalų taršą dirvožemyje, atlikus svarbius tyrimus, susijusius su asparto rūgšties, poliasparto rūgšties (PASP) ir iminodisucino rūgšties (IDHA) dariniais.

1. Biomimetinės sintetinės cheminės medžiagos – PASP

PASP yra vandenyje tirpus sintetinis baltymas, kuris natūraliai egzistuoja jūrų vėžiagyvių, pavyzdžiui, austrių, gleivėse. PASP struktūroje nėra daugybės karboksilo ir amino grupių, su asimetrine α、β Dviejų konfigūracijų, universali ir aplinkai nekenksminga daugiafunkcinė biopolimerinė medžiaga, turinti platų pritaikymo spektrą. Plačiai naudojamas augalų mitybos papildymui, trąšų efektyvumo didinimui, dispersiniam nuosėdų slopinimui vandens valymo pramonėje, dirvožemio sunkiųjų metalų apdorojimui ir kt. Daugelyje taikymo sričių PASP skatina pasėlių augimą. Svarbiausia. Atsižvelgiant į unikalią PASP kompleksonų sudarymo ir išsklaidymo metalo jonų funkciją, daugelis mokslininkų vis labiau vertina poliasparto rūgšties druskų naudojimą dirvožemio sunkiųjų metalų taršai gydyti. Šiuo metu šios srities poliasparto rūgšties druskų tyrimai daugiausia orientuoti į cheminio ir biologinio apdorojimo metodus.

1.1 Cheminio apdorojimo įstatymas

Sunkiųjų metalų taršos PASP dirvožemyje cheminio apdorojimo metodas reiškia PASP kompleksonuojančių metalų jonų savybių panaudojimo būdą, sujungiant juos su sunkiųjų metalų jonais, o vėliau naudojant išplovimo arba ekstrahavimo metodus PASP sunkiųjų metalų chelatams atskirti nuo dirvožemio. sunkiųjų metalų pašalinimas iš dirvožemio. Kai PASP naudojamas dirvožemio sunkiųjų metalų taršos kontrolei, jį mažiau veikia aplinkos pH. Cao Zhenyu tyrimai rodo, kad kai PASP taikomas užteršto dirvožemio virpesių išplovimui, sunkiųjų metalų pašalinimo greitis poliasparto rūgšties druska yra didesnis žemesnio pH aplinkoje, ypač kai pH 1. Atliekant tyrimą dėl sunkiųjų metalų dumble Taopu nuotekų valymo gamykloje Šanchajuje tyrėjai nustatė, kad PASP pasižymi geru įvairių sunkiųjų metalų ištraukimu dumble esant vidutinio rūgštingumo. Tačiau mokslininkai turi skirtingas nuomones apie sunkiųjų metalų tipus, kuriuos gali aktyvuoti PASP, tačiau jie gali parodyti savo chelatinių sunkiųjų metalų rūšių turtingumą iš šono. Zhang Hua nustatė, kad, dirbdamas kartu su vandenilio peroksidu, PASP iš dumblo gali efektyviai išgauti Zn, Ni, Cu, taip pat šiek tiek Cd ir Cr. Fang Yifeng ir kt. atlikus tyrimus nustatyta, kad PASP turi gerą sunkiųjų metalų jonų Cd ekstrahavimo efektą, kai ekstrahavimo greitis viršija 50%, ir kuo didesnis PASP kiekis, tuo geresnis ekstrahavimo efektas. Wen Dongdong mano, kad PASP gali veiksmingai pašalinti Pb iš dirvožemio, tačiau jo stiprinamasis poveikis Cu ir Cr pašalinimui nėra reikšmingas; Pagrindinė šios išvados priežastis yra ta, kad PASP skatina sunkiųjų metalų Cu ir Cr formų transformaciją dirvožemyje, dėl to prastas mobilumas ir pablogėja jo gavybos efektyvumas.

1.2 Biologinio valdymo įstatymas

Biologinis sunkiųjų metalų taršos PASP dirvožemyje valymo metodas reiškia PASP naudojimą kaip pagalbinę priemonę sunkiųjų metalų taršos dirvožemyje biologiniam valymui. Naudodamas reguliuojantį PASP poveikį biologiniams fermentams pasėliuose arba pagerinantį PASP poveikį dirvožemiui, PASP gali derėti su metalų jonais, tokiais kaip Fe, Zn, Mn dirvožemyje, sudarydamas pasėliams egzogeninius biologinius fermentus, taip skatindamas gerėjimą. pasėlių derliaus ir kokybės gerinimo bei sunkiųjų metalų pasisavinimo pasėliuose gerinimo, taigi, tai yra sunkiųjų metalų kiekio dirvožemyje kontrolės metodas. Kaip Kinijoje plačiai naudojamas sinergetinis agentas, PASP turi neabejotiną poveikį pasėlių augimui, o tai įkvepia tyrėjus sunkiųjų metalų apdorojimo tyrimams.

Xu Li tyrimai rodo, kad PASP gali skatinti vetiverijų žolės augimą, padidinti chlorofilo kiekį vetiverijų žolėje, sustiprinti augalų fotosintezę, ypač esant mažos koncentracijos Cu sąlygoms. PASP gali skatinti vetiverijų žolės augimą ir tam tikru mastu palengvinti Cu žalą vetiverijų žolės audiniams. Zhang Xin ir kt. nustatė, kad tam tikrame koncentracijos diapazone PASP aktyvinimo gebėjimas Pb ir Cd didėja didėjant PASP koncentracijai; Tuo pačiu metu eksperimentų su vazonais metu buvo nustatyta, kad PASP turi reikšmingą stiprinamąjį poveikį sunkiųjų metalų užteršto dirvožemio valymui kukurūzais. Xu Weiwei ir kt. mano, kad PASP ir FeCl3 pasidalijimas turi gerą poveikį Cd taršai, o skirtingai nuo kitų cheminių veiksnių, PASP apdorojimas gali žymiai pagerinti pasėlių biomasės augimą. Dou Qiaohui nustatė, kad esant Cu ir Cd stresui, poliasparto rūgšties druskos naudojimas pomidoruose gali ne tik subalansuoti augalų mitybą, pagerinti fermentų aktyvumą organizmuose, skatinti pasėlių augimą, bet ir pagerinti pomidorų kokybę, sumažinti absorbuojamą Cu ir Cd kiekį, kuri yra naudinga dirvožemio sunkiųjų metalų taršai valdyti. 

2. Žalia chelatinė medžiaga – IDHA

Chelatinės medžiagos yra viena iš plačiausiai naudojamų cheminių medžiagų, apimanti beveik visas pramonės šakas, tokias kaip farmacija, chemikalai, tekstilė, kasdienės cheminės medžiagos, popieriaus gamyba, maistas, oda, guma, žemės ūkis, naftos telkiniai, kasyba, dirvožemio apdorojimas ir kt. Tradiciniai kompleksonai daugiausia apima etilendiamintetraacto rūgštį ir jos druskas (EDTA), hipoaminotriacto rūgštį ir jos druskas (NTA), dietilenotriaminopentaacto rūgštį ir jos druskas (DTPA), citrinų rūgštį, vyno rūgštį ir kt.; Tarp jų EDTA tapo plačiausiai naudojama kompleksonų sudarymo medžiaga dėl savo puikių kompleksonų sudarymo savybių ir puikaus ekonomiškumo. Tačiau EDTA gamybos procesas yra labai užterštas ir sunkiai skaidomas natūralioje aplinkoje, o tai gali sukelti rimtą aplinkos taršą ir sukelti sunkiųjų metalų medžiagų išplovimą į požeminio vandens sistemą, o tai kelia tam tikrą pavojų žmonių sveikatai. Be to, nuotekos, kuriose yra EDTA, po išleidimo į vandens telkinį perneš kenksmingus metalus iš povandeninio dumblo, sukeldamos naujus pavojus žmonių ir ekologinei sveikatai; Todėl Europos Sąjunga išleido atitinkamus reglamentus, reikalaujančius, kad EDTA koncentracija upėse būtų nuo 10 iki 100 μG/L, o ežere koncentracija 1-10 μG/L yra griežčiausias reikalavimas tarp visų dirbtinių junginių. . Stiprėjant aplinkosauginiam sąmoningumui, žmonės pamažu pradeda imtis veiksmų. ES direktyva 1999/476/ECL187/52 aiškiai draudžia naudoti EDTA daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, maisto, medicinos ir tekstilės. Tuo pačiu metu ribojamas jo naudojimas skalbimo pramonėje ir palaipsniui stiprinami ekologiškų cheminių medžiagų tyrimai. Vos per kelerius metus visame pasaulyje atsirado daug naujų rūšių chelatinių savybių turinčių cheminių medžiagų, kurių atstovas yra IDHA. IDHA turi gana stabilias chemines savybes ir gali išlaikyti gerą stabilumą stipriose rūgštinėse ir šarminėse terpėse. Palyginti su EDTA, jis turi dvi svarbias charakteristikas: (1) jis turi tetrakarboksirūgšties ligando struktūrą, vidutinį kompleksonų susidarymą ir lengvai pasiekiamas metalo jonų chelatavimas ir dechelatavimas. Bendrųjų metalų jonų chelatacijos konstanta yra šiek tiek mažesnė nei EDTA, tačiau kai kurie jonai, tokie kaip Cu2+, turi didesnes chelatacijos konstantas nei EDTA; (2) Netoksiškas, nekenksmingas, švarus gamybos procesas, lengvai biologiškai skaidomas ir gali būti visiškai suskaidomas į biologiškai skaidomas aminorūgštis ir gintaro rūgštį. Šiuo metu ši cheminė medžiaga palaipsniui taikoma įvairiose srityse, tokiose kaip žemės ūkis, spausdinimas ir dažymas, popieriaus gamyba, kasdienės cheminės medžiagos, vandens valymas ir sunkiųjų metalų tarša. Ataskaitose apie sunkiųjų metalų taršos dirvožemyje išvalymą pagal IDHA daugiausia dėmesio skiriama biologinio ir cheminio apdorojimo metodams.

2.1 Biologinio valdymo įstatymas

Liu Xiaona mano, kad kukurūzų augalų apdorojimas IDHA (druska) žymiai padidina Cd koncentraciją antžeminėse dalyse, palyginti su kontroliniu mėginiu ir EDTA, taip pat žymiai pagerina Cu koncentraciją antžeminėse ir šaknies dalyse, palyginti su tuščiuoju kontroliniu mėginiu ir EDTA. apdorojimas, kuris padeda paspartinti sunkiųjų metalų tvarkymą dirvožemyje. Tian Haoqi eksperimentais įrodė, kad IDHA (druska) gali aktyvuoti fiksuotą As ir Cd dirvožemyje, skatindama augalų sunkiųjų metalų įsisavinimą.

2.2 Cheminio apdorojimo įstatymas

Cheminio apdorojimo metodas pasižymi greitu sunkiųjų metalų pašalinimu iš užteršto dirvožemio, kuris yra plačiai naudojamas ir gali visiškai išspręsti problemas. Tačiau kaip efektyviai atskirti kompleksonus nuo sunkiųjų metalų ir juos perdirbti, yra iššūkis.

Atlikdami nuolatinius tyrimus, mokslininkai nustatė, kad nauja IDHA gali išspręsti pirmiau minėtas problemas: (1) IDHA pasižymi dideliu chelatacijos efektyvumu. Remiantis tyrimais, elektrinės dumble esančios Cd IDHA (druskos) išgavimo efektyvumas tam tikromis sąlygomis yra 68%. Tuo pačiu metu, pridedant 1,2% fosforo rūgšties, IDHA Cu ir Ni ekstrahavimo efektyvumas dumble žymiai pagerėja, o ekstrahavimo greitis viršija 90%. Duanas Gaoqi, atlikęs tyrimus, nustatė, kad IDHA gerai pašalina sunkiuosius metalus jėgainės dumble, ypač kai bendras IDHA ir sunkiųjų metalų molinis santykis yra 8:1 ir pridedamas nedidelis kiekis H3PO4, pašalinimo efektas yra geriausias. . (2) IDHA lengva išplauti ir pasiekti atskyrimą. Hu Xiaojun laiko IDHA pagrindiniu aplinkai nekenksmingo išplovimo tirpalo komponentu. Neutralaus dirvožemio rūgštingumo sąlygomis IDHA turi gerą sunkiųjų metalų eliuavimo gebėjimą dirvožemyje, o vienkartinio išplovimo pašalinimo greitis viršija 90%. Jis gali efektyviai išplauti sunkiuosius metalus dirvožemyje ir nustatė, kad IDHA gali visiškai suskaidyti aplinkoje esančių mikroorganizmų nesukeliant taršos. Tai ideali aplinkai nekenksminga sunkiųjų metalų dirvožemio valymo medžiaga. (3) IDHA gali pakeisti esamas sunkiųjų metalų formas ir gali iš esmės išspręsti sunkiųjų metalų taršą. Wang Guiyin ir kt. atlikus tyrimus nustatyta, kad IDHA gali veiksmingai pašalinti sunkiuosius metalus iš užteršto dirvožemio ir sumažinti sunkiųjų metalų likučių riziką aplinkai. Jis gali sumažinti vandenyje tirpaus, keičiamo ir su karbonatais susieto Cd, Pb ir Zn likutinį kiekį dirvožemyje. Chen Chunle ir kt. taip pat gavo panašių rezultatų.

3. Žvalgymas
4.  

Palyginti su esamomis dirvožemio sunkiųjų metalų jonų chelatinėmis medžiagomis, PASP ir IDHA turi savo unikalias charakteristikas: (1) šios dvi medžiagos pasižymi vidutiniu kompleksonų susidarymu ir jas lengviau atskirti nuo sunkiųjų metalų jonų vėliau apdorojant; (2) Šios dvi medžiagos lengvai skaidosi, o skaidomas produktas yra asparto rūgšties ir maleino rūgšties mišinys, kurį be likučių gali naudoti pasėliai arba mikroorganizmai ir kuris nesukels dirvožemio organinės taršos; (3) Šios dvi medžiagos turi biologinį skatinamąjį poveikį ir gali būti naudojamos kaip pagalbinė priemonė dirvožemio taršai sunkiaisiais metalais kontroliuoti; (4) Tarp šių dviejų medžiagų IDHA cheminio metodo funkcija gali būti pranašesnė už biologinio metodo funkciją, o PASP yra priešinga. Atliekant atitinkamus tyrimus, skirtingų valymo metodų derinys gali veiksmingai pagerinti sunkiųjų metalų taršos kontrolės efektyvumą, pvz., mišrus mikrobinio valymo agento ir cheminio valymo agento valymo metodas, bioanglies medžiagos biologinio valymo metodas (Yatuocao), labai aktyvus ceolito mikroorganizmas. ištaisymo metodas ir mikrobų (Aspergillus flavus) augalų (rugių) ištaisymo metodas.

Todėl autorius mano, kad minėtų produktų derinys gali organiškai sujungti biologinius ir cheminius metodus, o tai ne tik atspindi greitą ir efektyvų cheminių metodų pobūdį, bet ir atspindi biologinių metodų saugumą ir ekologiškumą bei gali suformuoti naują biologinių cheminių metodų valdymo forma. Autorius mano, kad PASP ir IDHA pritaikymas sunkiųjų metalų taršai dirvožemyje gali būti bandomas taikant biocheminį metodą, o tai reiškia, kad kartu naudojant PASP ir IDHA biologinį efektyvumą ir IDHA cheminės ekstrahavimo efektyvumą galima nustatyti. būti naudojami kartu skatinant sunkiųjų metalų taršos gydymą. Nors kai kurios šiame tyrime minimos ataskaitos vis dar yra tyrimo stadijoje, įgyvendinant atitinkamus nacionalinės politikos reglamentus, pvz., „Dirvožemio dešimties principų“ ir stiprinant paramą, perspektyvos naudoti PASP ir IDHA sunkiųjų metalų apdorojimui. užterštas dirvožemis taps vis geresnis.