Augsne ir viens no resursiem, uz kuriem cilvēki paļaujas, lai izdzīvotu, un tas ir ekoloģiskās vides svarīgu komponentu pamats. Dabas pārveides procesā, īpaši strauji attīstoties rūpniecībai un paplašinās globālajai tirdzniecībai, ķīmiskā rūpniecība ir sasniegusi strauju attīstību. Pēc tam ķīmiskā piesārņojuma radītais kaitējums videi ir kļuvis arvien smagāks. Īpaši aktuāla ir kļuvusi smago metālu piesārņojuma problēma augsnē. Ārvalstīs pārmērīga kadmija līmeņa izraisītas kaulu sāpes un pārmērīga dzīvsudraba līmeņa izraisīta Minamata slimība tieši apdraud cilvēku dzīvības un veselības drošību. "Hunaņas kadmija rīsu incidents", kas notika ap 2013. gadu Guandungā, Ķīnā, arī izsauca trauksmi cilvēkiem. 2016.gada 28.maijā Valsts padome ieviesa "Augsnes piesārņojuma novēršanas un kontroles pasākumu plānu" (10.pants), kurā bija skaidri noteikts, ka piesārņojuma kontrole un sanācija jāveic reģionālās augsnes vides kvalitātes uzlabošanai. Īpaši apgabalos ar smago metālu augsnes piesārņojumu, piemēram, Taidžou pilsētā Džedzjanas provincē, Huanši pilsētā Hubejas provincē, Čandes pilsētā Hunaņas provincē, Šaoguanas pilsētā Guandunas provincē, Heči pilsētā Guandsi Džuanas autonomajā reģionā un Tongren pilsētā Guidžou provincē, jānosaka prioritārās jomas. Pilnībā piešķirt valdības vadošo lomu, izveidot īpašus fondus augsnes piesārņojuma novēršanai un kontrolei, ko veic centrālās un vietējās valdības visos līmeņos, un palielināt atbalstu augsnes piesārņojuma novēršanas un kontroles darbam. Kopš 20. gadsimta 90. gadiem zaļās ķimikālijas un saistītās tehnoloģijas ir guvušas lielu progresu smago metālu piesārņojuma attīrīšanā augsnē, veicot ievērojamus pētījumus, kas saistīti ar asparagīnskābes, poliasparagīnskābes (PASP) un iminodisucinskābes (IDHA) atvasinājumiem.

1. Biomimētiskās sintētiskās ķīmiskās vielas – PASP

PASP ir ūdenī šķīstošs sintētisks proteīns, kas dabiski pastāv jūras vēžveidīgo, piemēram, austeru, gļotās. PASP struktūra nesatur daudzas karboksilgrupas un aminogrupas, ar asimetrisku α、β Divām konfigurācijām, daudzpusīgs un videi draudzīgs daudzfunkcionāls biopolimēra materiāls ar plašu pielietojumu klāstu. Plaši izmanto augu uztura papildināšanai, mēslojuma efektivitātes uzlabošanai, izkliedētās katlakmens kavēšanai ūdens attīrīšanas nozarē, augsnes apstrādei ar smago metālu utt. Daudzos pielietojuma laukos PASP veicina ražas augšanu. Vissvarīgāk. Ņemot vērā PASP unikālo helātu veidojošo un izkliedējošo metālu jonu funkciju, daudzi pētnieki arvien vairāk novērtē poliasparagīnskābes sāļu izmantošanu augsnes smago metālu piesārņojuma attīrīšanā. Šobrīd pētījumi par poliasparagīnskābes sāļiem šajā jomā galvenokārt ir vērsti uz ķīmiskām un bioloģiskām attīrīšanas metodēm.

1.1. Ķīmiskās apstrādes likums

Ķīmiskās apstrādes metode smago metālu piesārņojumam PASP augsnē attiecas uz metodi, kurā tiek izmantotas PASP helātu veidojošo metālu jonu īpašības, apvienojot tos ar smago metālu joniem un pēc tam izmantojot izskalošanas vai ekstrakcijas metodes, lai atdalītu PASP smago metālu helātus no augsnes. smago metālu noņemšana no augsnes. Ja PASP izmanto augsnes smago metālu piesārņojuma kontrolei, to mazāk ietekmē vides pH. Cao Zhenyu pētījumi liecina, ka, ja PASP tiek izmantots piesārņotas augsnes svārstīgai izskalošanai, smago metālu izvadīšanas ātrums ar poliasparagīnskābes sāli ir augstāks zemākā pH vidē, īpaši pie pH 1. Pētījumā par smagajiem metāliem dūņās no Taopu notekūdeņu attīrīšanas iekārtā Šanhajā pētnieki atklāja, ka PASP ir laba dažādu smago metālu ekstrakcijas veiktspēja dūņās ar mērenu skābumu. Tomēr pētniekiem ir dažādi viedokļi par smago metālu veidiem, kurus var aktivizēt ar PASP, taču viņi var parādīt savu helātu smago metālu veidu bagātību no sānu perspektīvas. Džan Hua atklāja, ka, strādājot kopā ar ūdeņraža peroksīdu, PASP var efektīvi ekstrahēt no dūņām Zn, Ni, Cu, kā arī nedaudz Cd un Cr. Fang Yifeng et al. pētījumos atklājās, ka PASP ir laba ekstrakcijas ietekme uz smago metālu joniem Cd, ekstrakcijas ātrumam pārsniedzot 50%, un jo lielāks ir izmantotais PASP daudzums, jo labāks ir ekstrakcijas efekts. Wen Dongdong uzskata, ka PASP var efektīvi noņemt Pb no augsnes, bet tā uzlabojošā ietekme uz Cu un Cr izvadīšanu nav nozīmīga; Galvenais šī secinājuma iemesls ir tas, ka PASP veicina smago metālu Cu un Cr formu transformāciju augsnē, kā rezultātā pasliktinās mobilitāte un ietekmē tās ieguves efektivitāti.

1.2. Bioloģiskās pārvaldības likums

Smago metālu piesārņojuma bioloģiskās attīrīšanas metode PASP augsnē attiecas uz PASP izmantošanu kā palīglīdzekļa smago metālu piesārņojuma bioloģiskai attīrīšanai augsnē. Izmantojot PASP regulējošo ietekmi uz bioloģiskajiem fermentiem kultūrā vai PASP uzlabojošo ietekmi uz augsni, PASP var apvienoties ar metālu joniem, piemēram, Fe, Zn, Mn augsnē, veidojot kultūraugiem eksogēnus bioloģiskos fermentus, tādējādi veicinot uzlabošanos. labības ražu un kvalitāti, kā arī uzlabojot smago metālu uzsūkšanos kultūraugiem, tādējādi tā ir metode smago metālu ierobežošanai augsnē. Kā Ķīnā plaši izmantots sinerģisks līdzeklis PASP neapšaubāmi ietekmē ražas augšanu, kas sniedz iedvesmu pētniekiem smago metālu apstrādes pētījumos.

Xu Li pētījumi liecina, ka PASP var veicināt vetiverijas zāles augšanu, palielināt vetiverijas zāles hlorofila saturu, stiprināt augu fotosintēzi, īpaši zemas Cu koncentrācijas apstākļos. PASP var veicināt vetivērijas zāles augšanu un zināmā mērā atvieglot Cu bojājumus vetivērijas zāles audiem. Džans Sjiņs et al. konstatēja, ka noteiktā koncentrācijas diapazonā PASP aktivācijas spēja Pb un Cd palielinās, palielinoties PASP koncentrācijai; Tajā pašā laikā eksperimentos podos tika konstatēts, ka PASP ir būtiska stiprinoša iedarbība uz smagajiem metāliem piesārņotās augsnes sanāciju ar kukurūzu. Xu Weiwei et al. uzskata, ka PASP un FeCl3 koplietošana labi ietekmē Cd piesārņojumu, un atšķirībā no citiem ķīmiskajiem aģentiem, PASP apstrāde var ievērojami uzlabot kultūraugu biomasas augšanu. Dou Qiaohui atklāja, ka Cu un Cd stresa apstākļos poliasparagīnskābes sāls lietošana tomātos var ne tikai līdzsvarot augu uzturu, uzlabot enzīmu aktivitāti organismos, veicināt ražas augšanu, bet arī uzlabot tomātu kvalitāti, samazināt absorbējamo Cu un Cd saturu, kas ir labvēlīga augsnes smago metālu piesārņojuma pārvaldībai. 

2. Zaļā helātu veidojoša viela – IDHA

Helātus veidojošie aģenti ir viena no visplašāk izmantotajām ķīmiskajām vielām, kas aptver gandrīz visas nozares, piemēram, farmācijas, ķīmiskās vielas, tekstilizstrādājumus, ikdienas ķimikālijas, papīra ražošanu, pārtiku, ādu, gumiju, lauksaimniecību, naftas atradnes, kalnrūpniecību, augsnes apstrādi utt. Tradicionālie helātu veidotāji galvenokārt ir ietver etilēndiamīntetraetiķskābi un tās sāļus (EDTA), hipoaminotrietiķskābi un tās sāļus (NTA), dietilēntriamīnpentaetiķskābi un tās sāļus (DTPA), citronskābi, vīnskābi utt.; Starp tiem EDTA ir kļuvis par visplašāk izmantoto helātu veidojošo līdzekli, pateicoties tā lieliskām helātu veidošanās spējām un lieliskajai rentabilitātei. Taču EDTA ražošanas process ir stipri piesārņots un grūti noārdāms dabiskajā vidē, kas var radīt nopietnu vides piesārņojumu un izraisīt smago metālu vielu izskalošanos gruntsūdeņu sistēmā pēc uzklāšanas, tādējādi radot zināmu risku cilvēku veselībai. Turklāt EDTA saturošie notekūdeņi pēc novadīšanas ūdenstilpē ienesīs kaitīgos metālus no zemūdens dūņām, radot jaunus apdraudējumus cilvēku un ekoloģiskajai veselībai; Tāpēc Eiropas Savienība ir izdevusi attiecīgus noteikumus, kas nosaka, ka EDTA koncentrācijai upēs jābūt robežās no 10 līdz 100 μ G/L, bet ezerā koncentrācija 1-10 μ G/L ir visstingrākā prasība starp visiem mākslīgajiem savienojumiem. . Nostiprinoties vides apziņai, cilvēki pamazām sāk rīkoties šajā jomā. ES Direktīva 1999/476/ECL187/52 nepārprotami aizliedz EDTA izmantošanu vairākās nozarēs, piemēram, pārtikā, medicīnā un tekstilizstrādājumos. Tajā pašā laikā tas ierobežo tā izmantošanu mazgāšanas nozarē un pakāpeniski pastiprina zaļo ķīmisko vielu izpēti. Tikai dažu gadu laikā visā pasaulē ir parādījušies daudzi jauni ķīmisko vielu veidi ar helātus veidojošām īpašībām, un IDHA ir to pārstāvis. IDHA ir relatīvi stabilas ķīmiskās īpašības, un tā var uzturēt labu stabilitāti stiprās skābju un sārmu vidēs. Salīdzinot ar EDTA, tam ir divas ievērojamas īpašības: (1) tam ir tetrakarbonskābes ligandu struktūra, mērena helātu veidošanās spēja, un to ir viegli panākt metāla jonu helātu veidošanā un dehelātu veidošanā. Helātu veidošanās konstante vispārējiem metāla joniem ir nedaudz zemāka nekā EDTA, bet dažiem joniem, piemēram, Cu2+, ir augstākas helātu veidošanās konstantes nekā EDTA; (2) Netoksisks, nekaitīgs, tīrs ražošanas process, viegli bioloģiski noārdāms un var pilnībā sadalīties bioloģiski noārdāmās aminoskābēs un dzintarskābē. Pašlaik šī ķīmiskā viela pakāpeniski tiek izmantota dažādās jomās, piemēram, lauksaimniecībā, drukāšanā un krāsošanā, papīra ražošanā, ikdienas ķimikālijās, ūdens attīrīšanā un smago metālu piesārņojumā. Ziņojumos par smago metālu piesārņojuma attīrīšanu augsnē, ko veic IDHA, galvenokārt tiek pievērsta uzmanība bioloģiskās un ķīmiskās apstrādes metodēm.

2.1. Bioloģiskās pārvaldības likums

Liu Sjaona uzskata, ka kukurūzas augu apstrāde ar IDHA (sāls) ievērojami palielina Cd koncentrāciju virszemes daļās salīdzinājumā ar tukšo kontroli un EDTA apstrādi, kā arī ievērojami uzlabo Cu koncentrāciju virszemes un sakņu daļās, salīdzinot ar tukšo kontroli un EDTA. apstrāde, kas palīdz paātrināt smago metālu apsaimniekošanu augsnē. Tian Haoqi ar eksperimentiem ir pierādījis, ka IDHA (sāls) var aktivizēt fiksēto As un Cd augsnē, veicinot smago metālu uzsūkšanos augos.

2.2. Ķīmiskās apstrādes likums

Ķīmiskās apstrādes metodei ir raksturīga ātra smago metālu atdalīšana no piesārņotas augsnes, kas tiek plaši izmantota un var pilnībā atrisināt problēmas. Tomēr, kā efektīvi atdalīt helātus veidojošos līdzekļus no smagajiem metāliem un tos pārstrādāt, ir izaicinājums.

Veicot nepārtrauktus pētījumus, pētnieki ir atklājuši, ka jaunajai IDHA ir potenciāls atrisināt iepriekš minētās problēmas: (1) IDHA ir augsta helātu veidošanas efektivitāte. Saskaņā ar pētījumiem IDHA (sāls) ieguves efektivitāte Cd elektrostaciju dūņās noteiktos apstākļos ir 68%. Tajā pašā laikā ar nosacījumu, ka tiek pievienota 1,2% fosforskābe, IDHA ekstrakcijas efektivitāte attiecībā uz Cu un Ni dūņās tiek ievērojami uzlabota, ekstrakcijas ātrumam pārsniedzot 90%. Duan Gaoqi, veicot pētījumus, atklāja, ka IDHA ir laba smago metālu noņemšanas ietekme spēkstaciju dūņās, īpaši, ja IDHA kopējā molārā attiecība pret smagajiem metāliem ir 8:1 un ir pievienots neliels daudzums H3PO4, noņemšanas efekts ir vislabākais. . (2) IDHA ir viegli eluēt un panākt atdalīšanu. Hu Xiaojun uzskata, ka IDHA ir videi draudzīga izskalošanās šķīduma galvenā sastāvdaļa. Neitrālos augsnes skābuma apstākļos IDHA ir laba smago metālu eluēšanas spēja augsnē, un vienreizējas izskalošanās noņemšanas ātrums pārsniedz 90%. Tas var efektīvi eluēt smagos metālus augsnē, un konstatēts, ka IDHA var pilnībā noārdīt vidē esošie mikroorganismi, neizraisot piesārņojumu. Tā ir ideāla videi draudzīga smago metālu augsnes sanācijas viela. (3) IDHA var mainīt esošās smago metālu formas un var būtiski atrisināt smago metālu piesārņojumu. Van Guijins et al. pētījumos atklājās, ka IDHA var efektīvi noņemt smagos metālus no piesārņotās augsnes un samazināt smago metālu atlikumu risku videi. Tas var samazināt ūdenī šķīstošā, maināmā un karbonātiem saistītā Cd, Pb un Zn atlikušo daudzumu augsnē. Chen Chunle et al. arī ieguva līdzīgus rezultātus.

3. Izmeklēšana
4.  

Salīdzinot ar esošajiem augsnes smago metālu jonu helātus veidojošajiem līdzekļiem, PASP un IDHA ir savas unikālās īpašības: (1) šīm divām vielām ir mērena helātu veidošanās spēja, un tās ir vieglāk atdalīt no smago metālu joniem vēlākā apstrādē; (2) Šīs divas vielas ir viegli noārdāmas, un noārdītais produkts ir asparagīnskābes un maleīnskābes maisījums, ko bez atliekām var izmantot kultūraugi vai mikroorganismi, un tas neradīs organisko piesārņojumu augsnē; (3) Šīm divām vielām ir bioloģiski veicinoša iedarbība, un tās var izmantot kā palīglīdzekļus augsnes smago metālu piesārņojuma kontrolei; (4) Šo divu vielu vidū IDHA ķīmiskās metodes funkcija var būt pārāka par bioloģiskās metodes funkciju, savukārt PASP ir pretēja. Izmantojot attiecīgus pētījumus, dažādu sanācijas metožu kombinācija var efektīvi uzlabot smago metālu piesārņojuma kontroles efektivitāti, piemēram, jaukta sanācijas metode ar mikrobu sanācijas aģentu un ķīmisko attīrīšanas līdzekli, bioogles materiāla bioremediācijas metode (Yatuocao), ļoti aktīvā ceolīta mikrobi. sanācijas metodi un mikrobu (Aspergillus flavus) augu (Ryegrass) sanācijas metodi.

Tāpēc autore uzskata, ka iepriekš minēto produktu kombinācija var organiski apvienot bioloģiskās un ķīmiskās metodes, kas ne tikai atspoguļo ķīmisko metožu ātro un efektīvo raksturu, bet arī atspoguļo bioloģisko metožu drošumu un zaļo raksturu, kā arī var veidot jaunu bioloģisko ķīmisko metožu pārvaldības forma. Autore uzskata, ka PASP un IDHA pielietošanu smago metālu piesārņojuma attīrīšanā augsnē var mēģināt ar bioķīmiskas metodes palīdzību, kas nozīmē, ka pēc abu abu izmantošanas kopā var sasniegt PASP bioloģiskā efektivitāte un IDHA ķīmiskās ekstrakcijas efektivitāte. izmantot, lai kopīgi veicinātu smago metālu piesārņojuma attīrīšanu. Lai gan daži no šajā pētījumā minētajiem ziņojumiem joprojām ir izpētes stadijā, līdz ar attiecīgu noteikumu ieviešanu valsts politikā, piemēram, "Augsnes desmit principi" un atbalsta uzlabošanu, izredzes izmantot PASP un IDHA smago metālu apstrādei. piesārņotā augsne kļūs labāka un labāka.