O solo é um dos recursos de que os humanos dependem para sobreviver e é a base de componentes importantes do ambiente ecológico. No processo de transformação da natureza, especialmente com o rápido desenvolvimento da indústria e a expansão do comércio global, a indústria química alcançou um rápido desenvolvimento. Posteriormente, os danos ambientais causados ​​pela poluição química tornaram-se cada vez mais graves. O problema da poluição por metais pesados ​​no solo tornou-se particularmente proeminente. Em países estrangeiros, a dor óssea causada por níveis excessivos de cádmio e a doença de Minamata causada por níveis excessivos de mercúrio ameaçam diretamente a vida das pessoas e a segurança da saúde. O "Incidente do Arroz com Cádmio em Hunan" que ocorreu por volta de 2013 em Guangdong, China, também soou um alarme para as pessoas. Em 28 de maio de 2016, o Conselho de Estado implementou o "Plano de Ação para Prevenção e Controle da Poluição do Solo" (Artigo 10), que estipulava explicitamente que o controle e a remediação da poluição deveriam ser realizados para melhorar a qualidade do ambiente regional do solo. Especialmente em áreas com poluição do solo por metais pesados, como a cidade de Taizhou na província de Zhejiang, a cidade de Huangshi na província de Hubei, a cidade de Changde na província de Hunan, a cidade de Shaoguan na província de Guangdong, a cidade de Hechi na Região Autônoma de Guangxi Zhuang e a cidade de Tongren na província de Guizhou, devem ser estabelecidas áreas prioritárias. Desempenhar plenamente o papel de liderança do governo, estabelecer fundos especiais para a prevenção e controlo da poluição do solo pelos governos central e locais a todos os níveis e aumentar o apoio ao trabalho de prevenção e controlo da poluição do solo. Desde a década de 1990, os produtos químicos verdes e tecnologias relacionadas têm feito grandes progressos no tratamento da poluição por metais pesados ​​no solo, com pesquisas proeminentes relacionadas aos derivados do ácido aspártico, ácido poliaspártico (PASP) e ácido iminodisuccínico (IDHA).

1. Produtos Químicos Sintéticos Biomiméticos - PASP

PASP é uma proteína sintética solúvel em água que existe naturalmente no muco de moluscos marinhos, como as ostras. A estrutura PASP é livre de numerosos grupos carboxila e amino, com α、β Duas configurações assimétricas, um material biopolímero multifuncional versátil e ecologicamente correto com uma ampla gama de aplicações. Amplamente utilizado para suplementação nutricional de plantas, aumento da eficiência de fertilizantes, inibição de incrustações dispersas na indústria de tratamento de água, tratamento de metais pesados ​​do solo, etc. Em vários campos de aplicação, o PASP promove o crescimento das culturas. Mais importante. Dada a função única quelante e dispersante de íons metálicos do PASP, o uso de sais de ácido poliaspártico no tratamento da poluição por metais pesados ​​do solo é cada vez mais valorizado por muitos pesquisadores. Actualmente, a investigação sobre sais de ácido poliaspártico neste campo centra-se principalmente em métodos de tratamento químicos e biológicos.

1.1 Lei de Tratamento Químico

O método de tratamento químico para poluição por metais pesados ​​no solo PASP refere-se ao método de utilização das características dos íons metálicos quelantes de PASP, combinando-os com íons de metais pesados ​​e, em seguida, usando métodos de lixiviação ou extração para separar quelatos de metais pesados ​​PASP do solo, assim remoção de metais pesados ​​do solo. Quando o PASP é usado para controle da poluição por metais pesados ​​do solo, ele é menos afetado pelo pH ambiental. A pesquisa de Cao Zhenyu mostra que quando o PASP é aplicado ao tratamento de lixiviação oscilatória de solo contaminado, a taxa de remoção de metais pesados ​​pelo sal de ácido poliaspártico é maior em um ambiente de pH mais baixo, especialmente em pH 1. Em um estudo sobre metais pesados ​​em lodo de Na Estação de Tratamento de Esgoto de Taopu, em Xangai, os pesquisadores descobriram que o PASP tem bom desempenho de extração para vários metais pesados ​​em lodo com acidez moderada. No entanto, os investigadores têm opiniões diferentes sobre os tipos de metais pesados ​​que podem ser ativados pelo PASP, mas podem demonstrar a riqueza dos seus tipos de metais pesados ​​quelados de uma perspectiva lateral. Zhang Hua descobriu que, trabalhando em conjunto com o peróxido de hidrogênio, o PASP pode extrair efetivamente Zn, Ni, Cu, bem como algum Cd e Cr do lodo. Fang Yifeng et al. descobriram por meio de pesquisas que o PASP tem um bom efeito de extração de íons de metais pesados ​​​​Cd, com taxas de extração superiores a 50%, e quanto maior a quantidade de PASP utilizada, melhor será o efeito de extração. Wen Dongdong acredita que o PASP pode remover efetivamente o Pb do solo, mas seu efeito de aumento na remoção de Cu e Cr não é significativo; A principal razão para esta conclusão é que o PASP promove a transformação das formas de metais pesados ​​Cu e Cr no solo, resultando em baixa mobilidade e afetando sua eficiência de extração.

1.2 Lei de Governança Biológica

O método de tratamento biológico da poluição por metais pesados ​​no solo do PASP refere-se ao uso do PASP como meio auxiliar para o tratamento biológico da poluição por metais pesados ​​no solo. Ao utilizar o efeito regulador do PASP nas enzimas biológicas na cultura ou o efeito de melhoria do PASP no solo, o PASP pode combinar-se com íons metálicos como Fe, Zn, Mn no solo para formar enzimas biológicas exógenas para as culturas, promovendo assim a melhoria do rendimento e da qualidade das culturas e aumentando a absorção de metais pesados ​​pelas culturas. Assim, é um método para controlar metais pesados ​​no solo. Como agente sinérgico amplamente utilizado na China, o PASP tem um efeito inquestionável no crescimento das culturas, o que fornece inspiração para pesquisadores em pesquisas sobre tratamento de metais pesados.

A pesquisa de Xu Li mostra que o PASP pode promover o crescimento do capim vetiver, aumentar o teor de clorofila do capim vetiver e fortalecer a fotossíntese das plantas, especialmente sob condições de baixa concentração de Cu. PASP pode promover o crescimento do capim vetiver e, até certo ponto, aliviar os danos do Cu ao tecido do capim vetiver. Zhang Xin et al. descobriram que dentro de uma certa faixa de concentração, a capacidade de ativação do PASP para Pb e Cd aumenta com o aumento da concentração de PASP; Ao mesmo tempo, descobriu-se em experimentos em vasos que o PASP tem um efeito fortalecedor significativo na remediação de solo contaminado por metais pesados ​​pelo milho. Xu Weiwei et al. acreditam que o compartilhamento de PASP e FeCl3 tem um bom efeito na poluição por Cd e, ao contrário de outros agentes químicos, o uso do tratamento PASP pode melhorar significativamente o crescimento da biomassa das culturas. Dou Qiaohui descobriu que sob estresse de Cu e Cd, a aplicação de sal de ácido poliaspártico em tomates pode não apenas equilibrar a nutrição das plantas, melhorar a atividade enzimática nos organismos, promover o crescimento das culturas, mas também melhorar a qualidade do tomate, reduzir o conteúdo absorvível de Cu e Cd, o que é benéfico para o manejo da poluição por metais pesados ​​do solo. 

2. Agente quelante verde - IDHA

Os agentes quelantes são um dos produtos químicos mais utilizados, cobrindo quase todas as indústrias, como farmacêutica, química, têxtil, produtos químicos diários, fabricação de papel, alimentos, couro, borracha, agricultura, campos de petróleo, mineração, tratamento de solo, etc. incluem ácido etilenodiaminotetracético e seus sais (EDTA), ácido hipoaminotriacético e seus sais (NTA), ácido dietilenotriaminopentaacético e seus sais (DTPA), ácido cítrico, ácido tartárico, etc; Entre eles, o EDTA tornou-se o agente quelante mais utilizado devido à sua excelente capacidade quelante e excelente relação custo-benefício. No entanto, o processo de produção de EDTA está gravemente poluído e difícil de degradar no ambiente natural, o que pode causar poluição ambiental grave e causar a lixiviação de substâncias metálicas pesadas para o sistema de águas subterrâneas após a aplicação, representando assim um certo risco para a saúde humana. Além disso, as águas residuais que contêm EDTA transportarão metais nocivos provenientes de lamas subaquáticas para a massa de água após a descarga, causando novos perigos para a saúde humana e ecológica; Portanto, a União Europeia emitiu regulamentos relevantes exigindo que a concentração de EDTA nos rios esteja entre 10 e 100 μ G/L, com uma concentração de 1-10 no lago μ G/L é o requisito mais rigoroso entre todos os compostos artificiais. . Com o fortalecimento da consciência ambiental, as pessoas estão gradativamente começando a agir nesse sentido. A Diretiva da UE 1999/476/ECL187/52 proíbe explicitamente o uso de EDTA em vários setores, como alimentos, medicamentos e têxteis. Ao mesmo tempo, restringe a sua utilização na indústria de lavagem e fortalece gradualmente a investigação sobre produtos químicos verdes. Em apenas alguns anos, muitos novos tipos de produtos químicos com propriedades quelantes surgiram em todo o mundo, sendo a IDHA um representante deles. IDHA tem propriedades químicas relativamente estáveis ​​e pode manter boa estabilidade em meios ácidos e alcalinos fortes. Comparado ao EDTA, possui duas características proeminentes: (1) possui uma estrutura de ligante de ácido tetracarboxílico, capacidade quelante moderada e é fácil de obter quelação e desquelação de íons metálicos. A constante de quelação para íons metálicos em geral é ligeiramente inferior à do EDTA, mas alguns íons como o Cu2+ têm constantes de quelação mais altas que o EDTA; (2) Processo de produção não tóxico, inofensivo e limpo, facilmente biodegradável e pode ser completamente decomposto em aminoácidos biodegradáveis ​​e ácido succínico. Atualmente, este produto químico tem sido gradualmente aplicado em vários campos, como agricultura, impressão e tingimento, fabricação de papel, produtos químicos diários, tratamento de água e poluição por metais pesados. Os relatórios sobre a remediação da poluição por metais pesados ​​no solo pela IDHA concentram-se principalmente em métodos de tratamento biológico e químico.

2.1Lei de Governança Biológica

Liu Xiaona acredita que o tratamento IDHA (sal) de plantas de milho aumenta significativamente a concentração de Cd nas partes aéreas em comparação com o controle em branco e o tratamento com EDTA, e também melhora significativamente a concentração de Cu nas partes aéreas e radiculares em comparação com o controle em branco e o tratamento com EDTA. tratamento, que ajuda a acelerar o manejo de metais pesados ​​no solo. Tian Haoqi demonstrou por meio de experimentos que o IDHA (sal) pode ativar As e Cd fixos no solo, promovendo a absorção de metais pesados ​​pelas plantas.

2.2 Lei de Tratamento Químico

O método de tratamento químico tem a característica de remover rapidamente metais pesados ​​do solo contaminado, o que é amplamente utilizado e pode solucionar completamente os problemas. No entanto, como separar eficazmente os agentes quelantes dos metais pesados ​​e reciclá-los é um desafio.

Através de pesquisas contínuas, os pesquisadores descobriram que o novo IDHA tem potencial para resolver os problemas acima mencionados: (1) O IDHA tem alta eficiência de quelação. De acordo com pesquisas, a eficiência de extração de IDHA (sal) para Cd em lodo de usina sob certas condições é de 68%. Ao mesmo tempo, sob a condição de adição de 1,2% de ácido fosfórico, a eficiência de extração de IDHA para Cu e Ni no lodo é significativamente melhorada, com taxas de extração superiores a 90%. Duan Gaoqi descobriu por meio de pesquisas que o IDHA tem um bom efeito de remoção de metais pesados ​​no lodo da usina, especialmente quando a proporção molar total de IDHA para metais pesados ​​é de 8:1 e uma pequena quantidade de H3PO4 é adicionada, o efeito de remoção é o melhor . (2) O IDHA é fácil de eluir e conseguir a separação. Hu Xiaojun considera o IDHA o principal componente de uma solução de lixiviação ecologicamente correta. Sob condições neutras de acidez do solo, o IDHA apresenta boa capacidade de eluição de metais pesados ​​no solo, com taxas de remoção de lixiviação única acima de 90%. Ele pode eluir eficientemente metais pesados ​​no solo e descobriu que o IDHA pode ser completamente degradado por microorganismos no meio ambiente sem causar poluição. É uma substância de lixiviação de remediação de solo de metais pesados ​​ecologicamente correta. (3) A IDHA pode alterar as formas existentes de metais pesados ​​e tem potencial para resolver fundamentalmente a poluição por metais pesados. Wang Guiyin et al. descobriram através de pesquisas que o IDHA pode efetivamente remover metais pesados ​​de solo contaminado e reduzir o risco ambiental de metais pesados ​​residuais. Pode reduzir as quantidades residuais de Cd, Pb e Zn solúveis em água, trocáveis ​​e ligados a carbonato no solo. Chen Chunle et al. também obteve resultados semelhantes.

3. Prospecção
4.  

Em comparação com os agentes quelantes de íons de metais pesados ​​existentes no solo, o PASP e o IDHA têm características únicas: (1) essas duas substâncias têm capacidade quelante moderada e são mais fáceis de separar dos íons de metais pesados ​​em tratamento posterior; (2) Essas duas substâncias são fáceis de degradar, e o produto degradado é uma mistura de ácido aspártico e ácido maleico, que pode ser utilizado por culturas ou microrganismos sem resíduos e não causará poluição orgânica ao solo; (3) Estas duas substâncias têm efeito promotor biológico e podem ser utilizadas como meios auxiliares no controle da poluição por metais pesados ​​do solo; (4) Entre estas duas substâncias, a função do método químico do IDHA pode ser superior à função do método biológico, enquanto o PASP é o oposto. Através de pesquisas relevantes, a combinação de diferentes métodos de remediação pode efetivamente melhorar a eficiência do controle da poluição por metais pesados, como o método de remediação misto de agente de remediação microbiana e agente de remediação química, o método de biorremediação de material biochar (Yatuocao), o zeólito microbiano altamente ativo método de remediação e método de remediação microbiana (Aspergillus flavus) de plantas (Ryegrass).

Portanto, o autor acredita que a combinação dos produtos acima pode combinar organicamente métodos biológicos e químicos, o que não só reflete a natureza rápida e eficiente dos métodos químicos, mas também reflete a segurança e a natureza verde dos métodos biológicos, e pode formar um novo forma de governança para métodos químicos biológicos. O autor acredita que a aplicação de PASP e IDHA no tratamento da poluição por metais pesados ​​no solo pode ser tentada através de um método bioquímico, o que significa que após os dois serem usados ​​em conjunto, a eficiência biológica do PASP e a eficiência de extração química do IDHA podem ser utilizados para promover conjuntamente o tratamento da poluição por metais pesados. Embora alguns dos relatórios mencionados neste estudo ainda estejam em fase de pesquisa, com a implementação de regulamentações relevantes nas políticas nacionais, como os “Dez Princípios do Solo” e o aprimoramento do apoio, as perspectivas de utilização do PASP e do IDHA para tratar metais pesados o solo contaminado ficará cada vez melhor.