Gleba jest jednym z zasobów, od których zależy przetrwanie człowieka i stanowi podstawę ważnych elementów środowiska ekologicznego. W procesie przekształcania przyrody, zwłaszcza wraz z szybkim rozwojem przemysłu i ekspansją handlu światowego, przemysł chemiczny osiągnął szybki rozwój. W związku z tym szkody w środowisku spowodowane zanieczyszczeniami chemicznymi stały się coraz poważniejsze. Szczególnie widoczny stał się problem zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi. Za granicą bóle kości spowodowane nadmiernym stężeniem kadmu oraz choroba Minamata spowodowana nadmiernym poziomem rtęci bezpośrednio zagrażają życiu i bezpieczeństwu zdrowia ludzi. „Incydent z kadmem w Hunan i ryżem”, który miał miejsce około 2013 r. w Guangdong w Chinach, również zaalarmował ludzi. W dniu 28 maja 2016 r. Rada Państwa wdrożyła „Plan działań dotyczący zapobiegania i kontroli zanieczyszczeń gleby” (art. 10), w którym wyraźnie określono, że w celu poprawy jakości regionalnego środowiska glebowego należy prowadzić kontrolę zanieczyszczeń i rekultywację. Szczególnie na obszarach o zanieczyszczeniu gleby metalami ciężkimi, takich jak miasto Taizhou w prowincji Zhejiang, miasto Huangshi w prowincji Hubei, miasto Changde w prowincji Hunan, miasto Shaoguan w prowincji Guangdong, miasto Hechi w regionie autonomicznym Guangxi Zhuang i miasto Tongren w prowincji Guizhou, należy ustalić obszary priorytetowe. Należy w pełni odgrywać wiodącą rolę rządu, ustanowić specjalne fundusze na rzecz zapobiegania zanieczyszczeniom gleby i ich kontroli przez władze centralne i lokalne na wszystkich poziomach oraz zwiększyć wsparcie na rzecz zapobiegania zanieczyszczeniom gleby i prac kontrolnych. Od lat 90. XX wieku zielone chemikalia i powiązane technologie poczyniły ogromne postępy w usuwaniu zanieczyszczeń metalami ciężkimi w glebie, przy czym czołowe badania dotyczyły pochodnych kwasu asparaginowego, kwasu poliasparaginowego (PASP) i kwasu iminodibursztynowego (IDHA).

1. Biomimetyczne syntetyczne chemikalia - PASP

PASP to rozpuszczalne w wodzie syntetyczne białko, które naturalnie występuje w śluzie morskich skorupiaków, takich jak ostrygi. Struktura PASP jest wolna od licznych grup karboksylowych i aminowych, z asymetrycznymi α, β. Dwie konfiguracje, wszechstronny i przyjazny dla środowiska wielofunkcyjny materiał biopolimerowy o szerokim spektrum zastosowań. Szeroko stosowany do uzupełniania składników odżywczych roślin, zwiększania wydajności nawozów, hamowania rozproszonej kamienia w przemyśle uzdatniania wody, obróbki metali ciężkich w glebie itp. W wielu obszarach zastosowań PASP wspomaga wzrost roślin. Najważniejsze. Biorąc pod uwagę wyjątkową funkcję chelatującą i dyspergującą jony metali PASP, wielu badaczy coraz bardziej docenia zastosowanie soli kwasu poliasparaginowego w leczeniu zanieczyszczeń gleby metalami ciężkimi. Obecnie badania nad solami kwasu poliasparaginowego w tym zakresie skupiają się głównie na chemicznych i biologicznych metodach oczyszczania.

1.1 Prawo dotyczące obróbki chemicznej

Metoda chemicznego oczyszczania zanieczyszczeń metalami ciężkimi w glebie PASP odnosi się do metody wykorzystania właściwości chelatujących jonów metali PASP, łączenia ich z jonami metali ciężkich, a następnie za pomocą metod ługowania lub ekstrakcji w celu oddzielenia chelatów metali ciężkich PASP od gleby, w ten sposób usuwanie metali ciężkich z gleby. Kiedy PASP jest stosowany do kontroli zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi, pH środowiska ma na niego mniejszy wpływ. Badania Cao Zhenyu pokazują, że gdy PASP stosuje się w procesie ługowania oscylacyjnego zanieczyszczonej gleby, stopień usuwania metali ciężkich przez sól kwasu poliasparaginowego jest wyższy w środowisku o niższym pH, szczególnie przy pH 1. W badaniu dotyczącym metali ciężkich w osadach z Naukowcy odkryli, że PASP w oczyszczalni ścieków Taopu w Szanghaju ma dobrą wydajność ekstrakcji różnych metali ciężkich w osadach przy umiarkowanej kwasowości. Badacze mają jednak różne opinie na temat rodzajów metali ciężkich, które mogą być aktywowane przez PASP, ale mogą wykazać bogactwo chelatowanych typów metali ciężkich z boku. Zhang Hua odkrył, że współpracując z nadtlenkiem wodoru, PASP może skutecznie ekstrahować ze osadu Zn, Ni, Cu, a także trochę Cd i Cr. Fang Yifeng i in. odkryli na podstawie badań, że PASP ma dobry efekt ekstrakcji jonów metali ciężkich Cd, przy szybkościach ekstrakcji przekraczających 50%, a im większa ilość użytego PASP, tym lepszy efekt ekstrakcji. Wen Dongdong uważa, że ​​PASP może skutecznie usuwać Pb z gleby, ale jego wpływ wzmacniający usuwanie Cu i Cr nie jest znaczący; Głównym powodem tego wniosku jest to, że PASP sprzyja przemianie form metali ciężkich Cu i Cr w glebie, co powoduje słabą mobilność i wpływa na wydajność ekstrakcji.

1.2 Ustawa o zarządzaniu biologicznym

Biologiczna metoda oczyszczania gleby z metali ciężkich w glebie PASP odnosi się do stosowania PASP jako środka pomocniczego w biologicznym oczyszczaniu gleby z zanieczyszczeń metalami ciężkimi. Wykorzystując regulacyjny wpływ PASP na enzymy biologiczne w uprawach lub poprawiający wpływ PASP na glebę, PASP może łączyć się z jonami metali, takimi jak Fe, Zn, Mn w glebie, tworząc egzogenne enzymy biologiczne dla upraw, promując w ten sposób poprawę plonu i jego jakości oraz zwiększający wchłanianie metali ciężkich przez rośliny uprawne. Jest to zatem metoda kontroli zawartości metali ciężkich w glebie. Jako szeroko stosowany środek synergistyczny w Chinach, PASP ma niekwestionowany wpływ na wzrost roślin, co stanowi inspirację dla badaczy zajmujących się badaniami nad obróbką metali ciężkich.

Badania Xu Li pokazują, że PASP może promować wzrost trawy wetiwerowej, zwiększać zawartość chlorofilu w trawie wetiwerowej, wzmacniać fotosyntezę roślin, szczególnie w warunkach niskiego stężenia Cu. PASP może promować wzrost trawy wetiwerowej i do pewnego stopnia łagodzić uszkodzenia tkanki trawy wetiwerowej przez Cu. Zhang Xin i in. odkryli, że w pewnym zakresie stężeń zdolność PASP do aktywacji Pb i Cd wzrasta wraz ze wzrostem stężenia PASP; Jednocześnie w doświadczeniach wazonowych stwierdzono, że PASP ma istotne działanie wzmacniające na rekultywację gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi przez kukurydzę. Xu Weiwei i in. uważają, że dzielenie PASP i FeCl3 ma dobry wpływ na zanieczyszczenie kadmem i w przeciwieństwie do innych środków chemicznych, zastosowanie obróbki PASP może znacząco poprawić wzrost biomasy roślin uprawnych. Dou Qiaohui odkrył, że w warunkach stresu Cu i Cd zastosowanie soli kwasu poliasparaginowego w pomidorach może nie tylko zrównoważyć odżywianie roślin, poprawić aktywność enzymów w organizmach, pobudzić wzrost plonów, ale także poprawić jakość pomidorów, zmniejszyć wchłanialną zawartość Cu i Cd, co jest korzystne w zarządzaniu zanieczyszczeniem gleby metalami ciężkimi. 

2. Zielony środek chelatujący - IDHA

Czynniki chelatujące są jednymi z najczęściej stosowanych środków chemicznych, obejmującymi prawie wszystkie gałęzie przemysłu, takie jak farmaceutyka, chemikalia, tekstylia, chemia codziennego użytku, papiernictwo, żywność, skóra, guma, rolnictwo, pola naftowe, górnictwo, obróbka gleby itp. Tradycyjne środki chelatujące to głównie obejmują kwas etylenodiaminotetraoctowy i jego sole (EDTA), kwas hipoaminotrioctowy i jego sole (NTA), kwas dietylenotriaminopentaoctowy i jego sole (DTPA), kwas cytrynowy, kwas winowy itp.; Wśród nich EDTA stał się najczęściej stosowanym środkiem chelatującym ze względu na jego doskonałą zdolność chelatującą i doskonałą opłacalność. Jednakże proces produkcji EDTA jest silnie zanieczyszczony i trudny do degradacji w środowisku naturalnym, co może powodować poważne zanieczyszczenie środowiska, a także może powodować przedostawanie się substancji metali ciężkich do wód gruntowych po zastosowaniu, stwarzając tym samym pewne ryzyko dla zdrowia ludzkiego. Ponadto ścieki zawierające EDTA będą po zrzuceniu przenosić szkodliwe metale z osadów podwodnych do zbiorników wodnych, powodując nowe zagrożenia dla zdrowia ludzi i środowiska; W związku z tym Unia Europejska wydała odpowiednie przepisy wymagające, aby stężenie EDTA w rzekach mieściło się w przedziale od 10 do 100 μ G/L, przy czym stężenie 1-10 w jeziorze μ G/L jest najbardziej rygorystycznym wymogiem spośród wszystkich sztucznych związków . Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej ludzie stopniowo zaczynają podejmować działania w tym zakresie. Dyrektywa UE 1999/476/ECL187/52 wyraźnie zabrania stosowania EDTA w wielu gałęziach przemysłu, takich jak żywność, medycyna i tekstylia. Jednocześnie ogranicza jego zastosowanie w branży pralniczej i stopniowo wzmacnia badania nad ekologiczną chemią. W ciągu zaledwie kilku lat na całym świecie pojawiło się wiele nowych rodzajów substancji chemicznych o właściwościach chelatujących, których przedstawicielem jest firma IDHA. IDHA ma stosunkowo stabilne właściwości chemiczne i może utrzymać dobrą stabilność w środowisku silnych kwasów i zasad. W porównaniu z EDTA ma dwie istotne cechy: (1) ma strukturę ligandu kwasu tetrakarboksylowego, umiarkowaną zdolność chelatującą i łatwo jest osiągnąć chelatację i dechelatację jonów metali. Stała chelatowania dla ogólnych jonów metali jest nieco niższa niż EDTA, ale niektóre jony, takie jak Cu2+, mają wyższe stałe chelatowania niż EDTA; (2) Nietoksyczny, nieszkodliwy, czysty proces produkcyjny, łatwo ulega biodegradacji i może zostać całkowicie rozłożony na biodegradowalne aminokwasy i kwas bursztynowy. Obecnie ta substancja chemiczna jest stopniowo stosowana w różnych dziedzinach, takich jak rolnictwo, drukowanie i farbiarstwo, papiernictwo, codzienne chemikalia, uzdatnianie wody i zanieczyszczenie metalami ciężkimi. Doniesienia na temat remediacji gleby metalami ciężkimi przez IDHA skupiają się głównie na biologicznych i chemicznych metodach oczyszczania.

2.1 Ustawa o zarządzaniu biologicznym

Liu Xiaona uważa, że ​​traktowanie roślin kukurydzy IDHA (solą) znacząco zwiększa stężenie Cd w częściach nadziemnych w porównaniu ze ślepą próbą kontrolną i traktowaniem EDTA, a także znacząco poprawia stężenie Cu w częściach nadziemnych i korzeniach w porównaniu ze ślepą próbą kontrolną i EDTA oczyszczania, co pozwala przyspieszyć gospodarkę metalami ciężkimi w glebie. Tian Haoqi wykazał w eksperymentach, że IDHA (sól) może aktywować utrwalony As i Cd w glebie, promując wchłanianie metali ciężkich przez rośliny.

2.2 Prawo dotyczące obróbki chemicznej

Metoda oczyszczania chemicznego charakteryzuje się szybkim usuwaniem metali ciężkich z zanieczyszczonej gleby, co jest szeroko stosowane i może całkowicie rozwiązać problemy. Jednak skuteczne oddzielenie czynników chelatujących od metali ciężkich i ich recykling stanowi wyzwanie.

Dzięki ciągłym badaniom naukowcy odkryli, że nowy IDHA ma potencjał rozwiązania wyżej wymienionych problemów: (1) IDHA ma wysoką skuteczność chelatacji. Według badań skuteczność ekstrakcji IDHA (soli) dla kadmu w osadach elektrowni w określonych warunkach wynosi 68%. Jednocześnie pod warunkiem dodatku 1,2% kwasu fosforowego wydajność ekstrakcji IDHA dla Cu i Ni w osadach ulega znacznej poprawie, osiągając współczynniki ekstrakcji przekraczające 90%. Duan Gaoqi odkrył na podstawie badań, że IDHA dobrze usuwa metale ciężkie z osadów elektrowni, szczególnie gdy całkowity stosunek molowy IDHA do metali ciężkich wynosi 8:1 i dodaje się niewielką ilość H3PO4, efekt usuwania jest najlepszy . (2) IDHA jest łatwy do elucji i uzyskania rozdziału. Hu Xiaojun uważa IDHA za główny składnik przyjaznego dla środowiska rozwiązania ługującego. W warunkach neutralnej kwasowości gleby IDHA ma dobrą zdolność elucji metali ciężkich w glebie, przy współczynniku usuwania pojedynczego wymywania powyżej 90%. Może skutecznie usuwać metale ciężkie z gleby i odkrył, że IDHA może zostać całkowicie rozłożony przez mikroorganizmy w środowisku, nie powodując zanieczyszczenia. Jest to idealna, przyjazna dla środowiska substancja do wymywania gleby zawierającej metale ciężkie. (3) IDHA może zmienić istniejące formy metali ciężkich i ma potencjał, aby zasadniczo rozwiązać problem zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Wang Guiyin i in. W wyniku badań stwierdzono, że IDHA może skutecznie usuwać metale ciężkie z zanieczyszczonej gleby i zmniejszać ryzyko dla środowiska związane z pozostałościami metali ciężkich. Może zmniejszać resztkowe ilości rozpuszczalnych w wodzie, wymiennych i związanych z węglanami Cd, Pb i Zn w glebie. Chen Chunle i in. również uzyskał podobne wyniki.

3. Poszukiwanie
4.  

W porównaniu z istniejącymi w glebie środkami chelatującymi jonów metali ciężkich, PASP i IDHA mają swoje unikalne cechy: (1) te dwie substancje mają umiarkowaną zdolność chelatującą i są łatwiejsze do oddzielenia od jonów metali ciężkich w późniejszym oczyszczaniu; (2) Te dwie substancje łatwo ulegają rozkładowi, a produkt rozkładu jest mieszaniną kwasu asparaginowego i kwasu maleinowego, która może zostać wykorzystana przez rośliny uprawne lub mikroorganizmy bez pozostałości i nie spowoduje zanieczyszczeń organicznych gleby; (3) Te dwie substancje mają działanie biologiczne i mogą być stosowane jako środki pomocnicze do kontrolowania zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi; (4) Wśród tych dwóch substancji funkcja metody chemicznej IDHA może być lepsza od funkcji metody biologicznej, podczas gdy PASP jest jej przeciwieństwem. Dzięki odpowiednim badaniom połączenie różnych metod remediacji może skutecznie poprawić skuteczność kontroli zanieczyszczeń metalami ciężkimi, np. mieszana metoda remediacji obejmująca mikrobiologiczny środek remediacyjny i chemiczny środek remediacyjny, metoda bioremediacji materiału biowęgla (Yatuocao), wysoce aktywny zeolit ​​mikrobiologiczny metoda remediacji metodą mikrobiologiczną (Aspergillus flavus) roślinną (życica).

Dlatego autor uważa, że ​​połączenie powyższych produktów może organicznie łączyć metody biologiczne i chemiczne, co nie tylko odzwierciedla szybki i skuteczny charakter metod chemicznych, ale także odzwierciedla bezpieczeństwo i ekologiczny charakter metod biologicznych i może stworzyć nowy forma zarządzania biologicznymi metodami chemicznymi. Autor uważa, że ​​zastosowania PASP i IDHA w leczeniu zanieczyszczeń metalami ciężkimi w glebie można podjąć metodą biochemiczną, co oznacza, że ​​po ich łącznym zastosowaniu można ocenić skuteczność biologiczną PASP i skuteczność ekstrakcji chemicznej IDHA. zostać wykorzystane do wspólnego promowania leczenia zanieczyszczeń metalami ciężkimi. Chociaż niektóre raporty wspomniane w tym badaniu są wciąż na etapie badań, wraz z wdrożeniem odpowiednich przepisów w politykach krajowych, takich jak „Dziesięć zasad gleby” i zwiększenie wsparcia, perspektywy wykorzystania PASP i IDHA do oczyszczania metali ciężkich zanieczyszczona gleba będzie coraz lepsza.