De bodem is een van de hulpbronnen waarvan mensen afhankelijk zijn om te overleven, en vormt de basis van de belangrijke componenten van de ecologische omgeving. In het proces van transformatie van de natuur, vooral met de snelle ontwikkeling van de industrie en de uitbreiding van de wereldhandel, heeft de chemische industrie een snelle ontwikkeling doorgemaakt. Vervolgens is de milieuschade veroorzaakt door chemische vervuiling steeds ernstiger geworden. Het probleem van de vervuiling door zware metalen in de bodem is bijzonder prominent geworden. In het buitenland vormen botpijn veroorzaakt door te hoge cadmiumniveaus en de ziekte van Minamata, veroorzaakt door te hoge kwikniveaus, een directe bedreiging voor het leven en de veiligheid van de gezondheid van mensen. Het ‘Hunan Cadmium Rice Incident’ dat rond 2013 plaatsvond in Guangdong, China, luidde ook alarm voor mensen. Op 28 mei 2016 implementeerde de Staatsraad het "Actieplan ter voorkoming en bestrijding van bodemverontreiniging" (artikel 10), waarin expliciet werd bepaald dat de beheersing en sanering van verontreiniging moesten worden uitgevoerd om de kwaliteit van het regionale bodemmilieu te verbeteren. Vooral in gebieden met bodemverontreiniging door zware metalen, zoals de stad Taizhou in de provincie Zhejiang, de stad Huangshi in de provincie Hubei, de stad Changde in de provincie Hunan, de stad Shaoguan in de provincie Guangdong, de stad Hechi in de autonome regio Guangxi Zhuang en de stad Tongren in de provincie Guizhou. Er moeten prioritaire gebieden worden vastgesteld. Geef de leidende rol van de overheid ten volle vorm, richt speciale fondsen op voor de preventie en bestrijding van bodemverontreiniging door de centrale en lokale overheden op alle niveaus, en vergroot de steun voor de preventie en bestrijding van bodemverontreiniging. Sinds de jaren negentig hebben groene chemicaliën en aanverwante technologieën grote vooruitgang geboekt bij de behandeling van vervuiling door zware metalen in de bodem, met prominent onderzoek naar de derivaten van asparaginezuur, polyasparaginezuur (PASP) en iminodibarnsteenzuur (IDHA).

1. Biomimetische synthetische chemicaliën - PASP

PASP is een in water oplosbaar synthetisch eiwit dat van nature voorkomt in het slijm van zeeschelpdieren zoals oesters. De PASP-structuur is vrij van talrijke carboxyl- en aminogroepen, met asymmetrische α、β Twee configuraties, een veelzijdig en milieuvriendelijk multifunctioneel biopolymeermateriaal met een breed scala aan toepassingen. Op grote schaal gebruikt voor aanvulling van plantenvoeding, verbetering van de efficiëntie van kunstmest, remming van verspreide kalkaanslag in de waterzuiveringsindustrie, behandeling van zware metalen in de bodem, enz. In tal van toepassingsgebieden bevordert PASP de groei van gewassen. Het allerbelangrijkste. Gezien de unieke chelerende en dispergerende metaalionenfunctie van PASP, wordt het gebruik van polyasparaginezuurzouten bij de behandeling van vervuiling door zware metalen in de bodem door veel onderzoekers steeds meer gewaardeerd. Momenteel richt het onderzoek naar polyasparaginezuurzouten op dit gebied zich vooral op chemische en biologische zuiveringsmethoden.

1.1Wet op het gebied van chemische behandeling

De chemische behandelingsmethode voor vervuiling door zware metalen in PASP-bodem verwijst naar de methode waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigenschappen van PASP-chelaatvormende metaalionen, deze worden gecombineerd met zware metaalionen, en vervolgens uitloog- of extractiemethoden worden gebruikt om PASP-zware metaalchelaten uit de bodem te scheiden, waardoor het verwijderen van zware metalen uit de bodem. Wanneer PASP wordt gebruikt voor de bestrijding van verontreiniging door zware metalen in de bodem, wordt het minder beïnvloed door de pH in de omgeving. Uit het onderzoek van Cao Zhenyu blijkt dat wanneer PASP wordt toegepast op de oscillerende uitloogbehandeling van verontreinigde grond, de verwijderingssnelheid van zware metalen door polyasparaginezuurzout hoger is in een omgeving met een lagere pH, vooral bij pH 1. In een onderzoek naar zware metalen in slib van Taopu rioolwaterzuiveringsinstallatie in Shanghai ontdekten onderzoekers dat PASP goede extractieprestaties heeft voor verschillende zware metalen in slib bij een gematigde zuurgraad. Onderzoekers hebben echter verschillende meningen over de soorten zware metalen die door PASP kunnen worden geactiveerd, maar ze kunnen de rijkdom van hun gecheleerde zware metalen vanuit een zijdelings perspectief aantonen. Zhang Hua ontdekte dat PASP, door samen te werken met waterstofperoxide, effectief Zn, Ni, Cu en een beetje Cd en Cr uit het slib kan halen. Fang Yifeng et al. Uit onderzoek is gebleken dat PASP een goed extractie-effect heeft op zware metaalionen Cd, met extractiepercentages van meer dan 50%, en hoe hoger de gebruikte hoeveelheid PASP, hoe beter het extractie-effect. Wen Dongdong is van mening dat PASP Pb effectief uit de bodem kan verwijderen, maar het versterkende effect op de verwijdering van Cu en Cr is niet significant; De belangrijkste reden voor deze conclusie is dat PASP de transformatie van zware metalen Cu- en Cr-vormen in de bodem bevordert, wat resulteert in slechte mobiliteit en de extractie-efficiëntie ervan beïnvloedt.

1.2 Biologisch bestuursrecht

De biologische behandelingsmethode voor vervuiling door zware metalen in PASP-bodem verwijst naar het gebruik van PASP als hulpmiddel voor de biologische behandeling van vervuiling door zware metalen in de bodem. Door gebruik te maken van het regulerende effect van PASP op biologische enzymen in het gewas of het verbeterende effect van PASP op de bodem, kan PASP combineren met metaalionen zoals Fe, Zn, Mn in de bodem om exogene biologische enzymen voor gewassen te vormen, waardoor de verbetering wordt bevorderd. van de gewasopbrengst en -kwaliteit, en het verbeteren van de opname van zware metalen door gewassen. Het is dus een methode om zware metalen in de bodem onder controle te houden. Als veelgebruikt synergetisch middel in China heeft PASP een onbetwistbaar effect op de groei van gewassen, wat inspiratie biedt voor onderzoekers op het gebied van de behandeling van zware metalen.

Uit het onderzoek van Xu Li blijkt dat PASP de groei van vetivergras kan bevorderen, het chlorofylgehalte van vetivergras kan verhogen en de fotosynthese van planten kan versterken, vooral onder Cu-omstandigheden met een lage concentratie. PASP kan de groei van vetivergras bevorderen en tot op zekere hoogte de schade van Cu aan vetivergrasweefsel verlichten. Zhang Xin et al. ontdekte dat binnen een bepaald concentratiebereik het activeringsvermogen van PASP voor Pb en Cd toeneemt met de toename van de PASP-concentratie; Tegelijkertijd werd in potexperimenten gevonden dat PASP een significant versterkend effect heeft op de sanering van met zware metalen verontreinigde grond door maïs. Xu Weiwei et al. zijn van mening dat het delen van PASP en FeCl3 een goed effect heeft op de Cd-vervuiling, en in tegenstelling tot andere chemische middelen kan het gebruik van PASP-behandeling de groei van de biomassa van gewassen aanzienlijk verbeteren. Dou Qiaohui ontdekte dat onder Cu- en Cd-stress de toepassing van polyasparaginezuurzout in tomaten niet alleen de plantenvoeding in evenwicht kan brengen, de enzymactiviteit in organismen kan verbeteren, de gewasgroei kan bevorderen, maar ook de kwaliteit van tomaten kan verbeteren en het opneembare gehalte aan Cu en Cd kan verminderen. wat gunstig is voor het beheer van de verontreiniging door zware metalen in de bodem. 

2. Groen chelaatvormer - IDHA

Chelaatvormers zijn een van de meest gebruikte chemicaliën en bestrijken bijna alle industrieën, zoals de farmaceutische industrie, chemicaliën, textiel, dagelijkse chemicaliën, papierproductie, voedsel, leer, rubber, landbouw, olievelden, mijnbouw, bodembehandeling, enz. Vooral traditionele chelaatvormers omvatten ethyleendiaminetetra-azijnzuur en zijn zouten (EDTA), hypoaminotriazijnzuur en zijn zouten (NTA), diethyleentriaminepenta-azijnzuur en zijn zouten (DTPA), citroenzuur, wijnsteenzuur, enz.; Onder hen is EDTA het meest gebruikte chelaatvormende middel geworden vanwege zijn uitstekende chelaatvormende vermogen en uitstekende kosteneffectiviteit. Het productieproces van EDTA is echter ernstig vervuild en moeilijk afbreekbaar in de natuurlijke omgeving, wat ernstige milieuvervuiling kan veroorzaken en ervoor kan zorgen dat zware metalen na toepassing in het grondwatersysteem terechtkomen, waardoor een zeker risico voor de menselijke gezondheid ontstaat. Bovendien zal afvalwater dat EDTA bevat schadelijke metalen uit onderwaterslib na lozing in het waterlichaam transporteren, waardoor nieuwe gevaren voor de menselijke en ecologische gezondheid ontstaan; Daarom heeft de Europese Unie relevante regelgeving uitgevaardigd die vereist dat de concentratie EDTA in rivieren tussen 10 en 100 μ G/L ligt, waarbij een concentratie van 1-10 in het meer μ G/L de strengste vereiste is van alle kunstmatige verbindingen. . Met het versterken van het milieubewustzijn beginnen mensen hier geleidelijk actie op te ondernemen. EU-richtlijn 1999/476/ECL187/52 verbiedt expliciet het gebruik van EDTA in meerdere industrieën, zoals de voeding, de geneeskunde en de textiel. Tegelijkertijd beperkt het het gebruik ervan in de wasindustrie en versterkt het geleidelijk het onderzoek naar groene chemicaliën. In slechts een paar jaar zijn er wereldwijd veel nieuwe soorten chemicaliën met chelerende eigenschappen ontstaan, waarvan IDHA een vertegenwoordiger is. IDHA heeft relatief stabiele chemische eigenschappen en kan een goede stabiliteit behouden in sterk zure en alkalische media. Vergeleken met EDTA heeft het twee opvallende kenmerken: (1) het heeft een tetracarbonzuurligandstructuur, een matig chelerend vermogen en het is gemakkelijk om chelatie en dechelatie van metaalionen te bereiken. De chelatieconstante voor algemene metaalionen is iets lager dan die van EDTA, maar sommige ionen zoals Cu2+ hebben hogere chelatieconstanten dan EDTA; (2) Niet-giftig, onschadelijk, schoon productieproces, gemakkelijk biologisch afbreekbaar en volledig kan worden afgebroken tot biologisch afbreekbare aminozuren en barnsteenzuur. Momenteel wordt deze chemische stof geleidelijk toegepast op verschillende gebieden, zoals de landbouw, het drukken en verven, het maken van papier, dagelijkse chemicaliën, waterbehandeling en vervuiling door zware metalen. De rapporten over de sanering van verontreiniging met zware metalen in de bodem door IDHA richten zich vooral op biologische en chemische zuiveringsmethoden.

2.1 Biologisch bestuursrecht

Liu Xiaona is van mening dat IDHA (zout) behandeling van maïsplanten de Cd-concentratie in de bovengrondse delen aanzienlijk verhoogt in vergelijking met de blanco controle en EDTA-behandeling, en ook de Cu-concentratie in de bovengrondse en worteldelen aanzienlijk verbetert in vergelijking met de blanco controle en EDTA. behandeling, die het beheer van zware metalen in de bodem helpt versnellen. Tian Haoqi heeft door middel van experimenten aangetoond dat IDHA (zout) vast As en Cd in de bodem kan activeren, waardoor de opname van zware metalen door planten wordt bevorderd.

2.2Wet inzake chemische behandeling

De chemische behandelingsmethode heeft als kenmerk dat het snel zware metalen uit verontreinigde grond verwijdert, wat veel wordt toegepast en problemen volledig kan oplossen. Het is echter een uitdaging om chelaatvormers effectief van zware metalen te scheiden en te recyclen.

Door voortdurend onderzoek hebben onderzoekers ontdekt dat nieuwe IDHA het potentieel heeft om de bovengenoemde problemen op te lossen: (1) IDHA heeft een hoge chelatie-efficiëntie. Volgens onderzoek bedraagt ​​de extractie-efficiëntie van IDHA (zout) voor Cd in elektriciteitscentraleslib onder bepaalde omstandigheden 68%. Tegelijkertijd wordt, onder de voorwaarde van toevoeging van 1,2% fosforzuur, de extractie-efficiëntie van IDHA voor Cu en Ni in slib aanzienlijk verbeterd, met extractiesnelheden van meer dan 90%. Duan Gaoqi ontdekte door onderzoek dat IDHA een goed verwijderingseffect heeft op zware metalen in het slib van energiecentrales, vooral wanneer de totale molaire verhouding van IDHA tot zware metalen 8:1 is en een kleine hoeveelheid H3PO4 wordt toegevoegd, is het verwijderingseffect het beste. . (2) IDHA is gemakkelijk te elueren en te scheiden. Hu Xiaojun beschouwt IDHA als het belangrijkste onderdeel van een milieuvriendelijke uitloogoplossing. Onder neutrale bodemzuuromstandigheden heeft IDHA een goed elutievermogen voor zware metalen in de bodem, met verwijderingspercentages van enkelvoudige uitlogingen van meer dan 90%. Het kan op efficiënte wijze zware metalen in de bodem elueren en ontdekte dat IDHA volledig kan worden afgebroken door micro-organismen in het milieu zonder vervuiling te veroorzaken. Het is een ideale milieuvriendelijke uitloogstof voor bodemsanering van zware metalen. (3) IDHA kan de bestaande vormen van zware metalen veranderen en heeft het potentieel om de vervuiling door zware metalen fundamenteel op te lossen. Wang Guiyin et al. Uit onderzoek is gebleken dat IDHA zware metalen effectief uit verontreinigde grond kan verwijderen en het milieurisico van achtergebleven zware metalen kan verminderen. Het kan de resterende hoeveelheden in water oplosbaar, uitwisselbaar en carbonaatgebonden Cd, Pb en Zn in de bodem verminderen. Chen Chunle et al. ook soortgelijke resultaten behaald.

3. Prospectie
4.  

Vergeleken met bestaande chelaatvormende middelen voor zware metaalionen in de bodem hebben PASP en IDHA hun unieke kenmerken: (1) deze twee stoffen hebben een matig chelaatvormend vermogen en zijn gemakkelijker te scheiden van zware metaalionen bij latere behandeling; (2) Deze twee stoffen zijn gemakkelijk afbreekbaar en het afgebroken product is een mengsel van asparaginezuur en maleïnezuur, dat zonder resten door gewassen of micro-organismen kan worden gebruikt en geen organische vervuiling van de bodem zal veroorzaken; (3) Deze twee stoffen hebben een biologisch bevorderend effect en kunnen worden gebruikt als hulpmiddel bij het beheersen van de verontreiniging door zware metalen in de bodem; (4) Van deze twee stoffen kan de chemische methodefunctie van IDHA superieur zijn aan de biologische methodefunctie, terwijl PASP het tegenovergestelde is. Door relevant onderzoek kan de combinatie van verschillende saneringsmethoden de efficiëntie van de bestrijding van verontreiniging door zware metalen effectief verbeteren, zoals de gemengde saneringsmethode van microbieel saneringsmiddel en chemisch saneringsmiddel, de biochar materiaal bioremediatiemethode (Yatuocao), de zeer actieve zeoliet microbiële saneringsmethode, en de microbiële (Aspergillus flavus) plant (Raaigras) saneringsmethode.

Daarom is de auteur van mening dat de combinatie van de bovengenoemde producten biologische en chemische methoden op organische wijze kan combineren, wat niet alleen de snelle en efficiënte aard van chemische methoden weerspiegelt, maar ook de veiligheid en het groene karakter van biologische methoden weerspiegelt, en een nieuwe kan vormen. bestuursvorm voor biologisch-chemische methoden. De auteur is van mening dat de toepassing van PASP en IDHA bij de behandeling van vervuiling door zware metalen in de bodem kan worden geprobeerd via een biochemische methode, wat betekent dat nadat de twee samen worden gebruikt, de biologische efficiëntie van PASP en de chemische extractie-efficiëntie van IDHA kunnen worden verbeterd. worden gebruikt om gezamenlijk de behandeling van vervuiling door zware metalen te bevorderen. Hoewel sommige van de in dit onderzoek genoemde rapporten zich nog in de onderzoeksfase bevinden, met de implementatie van relevante regelgeving in nationaal beleid zoals de "Soil Ten Principles" en de verbetering van de steun, zijn de vooruitzichten van het gebruik van PASP en IDHA voor de behandeling van zware metalen verontreinigde grond zal steeds beter worden.