Solul este una dintre resursele pe care oamenii se bazează pentru supraviețuire și este fundamentul componentelor importante ale mediului ecologic. În procesul de transformare a naturii, în special odată cu dezvoltarea rapidă a industriei și extinderea comerțului global, industria chimică a atins o dezvoltare rapidă. Ulterior, daunele mediului cauzate de poluarea chimică au devenit din ce în ce mai grave. Problema poluării solului cu metale grele a devenit deosebit de importantă. În țările străine, durerile osoase cauzate de nivelurile excesive de cadmiu și boala Minamata cauzată de nivelurile excesive de mercur amenință în mod direct viața și siguranța sănătății oamenilor. „Incidentul de orez cu cadmiu Hunan”, care a avut loc în jurul anului 2013 în Guangdong, China, a tras, de asemenea, o alarmă pentru oameni. La 28 mai 2016, Consiliul de Stat a implementat „Planul de acțiune pentru prevenirea și controlul poluării solului” (articolul 10), care prevedea în mod explicit că controlul și remedierea poluării trebuie efectuate pentru a îmbunătăți calitatea mediului regional al solului. În special în zonele cu poluare a solului cu metale grele, cum ar fi orașul Taizhou din provincia Zhejiang, orașul Huangshi din provincia Hubei, orașul Changde din provincia Hunan, orașul Shaoguan din provincia Guangdong, orașul Hechi din regiunea autonomă Guangxi Zhuang și orașul Tongren din provincia Guizhou, ar trebui stabilite domenii prioritare. Acordați un rol de lider al guvernului, stabiliți fonduri speciale pentru prevenirea și controlul poluării solului de către guvernele centrale și locale la toate nivelurile și creșteți sprijinul pentru activitățile de prevenire și control al poluării solului. Începând cu anii 1990, substanțele chimice verzi și tehnologiile conexe au făcut progrese mari în tratarea poluării cu metale grele din sol, cu cercetări proeminente legate de derivații acidului aspartic, acidului poliaspartic (PASP) și acidului iminodisuccinic (IDHA).

1. Produse chimice sintetice biomimetice - PASP

PASP este o proteină sintetică solubilă în apă care există în mod natural în mucusul crustaceelor ​​marine, cum ar fi stridiile. Structura PASP este lipsită de numeroase grupări carboxil și amino, cu două configurații asimetrice α、β, un material biopolimer multifuncțional versatil și ecologic, cu o gamă largă de aplicații. Folosit pe scară largă pentru suplimentarea nutriției plantelor, îmbunătățirea eficienței îngrășămintelor, inhibiția dispersată a calcarului în industria de tratare a apei, tratarea solului cu metale grele etc. În numeroase domenii de aplicare, PASP promovează creșterea culturilor. Cel mai important. Având în vedere funcția unică de chelare și dispersie a ionilor metalici a PASP, utilizarea sărurilor de acid poliaspartic în tratarea poluării cu metale grele a solului este din ce în ce mai apreciată de mulți cercetători. În prezent, cercetările asupra sărurilor acidului poliaspartic în acest domeniu se concentrează în principal pe metodele de tratare chimică și biologică.

1.1 Legea tratamentului chimic

Metoda de tratare chimică a poluării cu metale grele în solul PASP se referă la metoda de utilizare a caracteristicilor ionilor metalici de chelare PASP, combinându-le cu ioni de metale grele și apoi folosind metode de leșiere sau extracție pentru a separa chelații de metale grele PASP de sol, astfel îndepărtarea metalelor grele din sol. Când PASP este utilizat pentru controlul poluării cu metale grele a solului, este mai puțin afectat de pH-ul mediului. Cercetările lui Cao Zhenyu arată că atunci când PASP este aplicat la tratarea prin levigare oscilativă a solului contaminat, rata de îndepărtare a metalelor grele de către sarea acidului poliaspartic este mai mare într-un mediu cu pH mai scăzut, în special la pH 1. Într-un studiu asupra metalelor grele din nămolul din Stația de tratare a apelor uzate Taopu din Shanghai, cercetătorii au descoperit că PASP are performanțe bune de extracție pentru diferite metale grele din nămol la aciditate moderată. Cu toate acestea, cercetătorii au opinii diferite cu privire la tipurile de metale grele care pot fi activate de PASP, dar pot demonstra bogăția tipurilor lor de metale grele chelate dintr-o perspectivă laterală. Zhang Hua a descoperit că, lucrând împreună cu peroxidul de hidrogen, PASP poate extrage eficient Zn, Ni, Cu, precum și unele Cd și Cr din nămol. Fang Yifeng și colab. a constatat prin cercetări că PASP are un efect de extracție bun asupra ionilor de metale grele Cd, cu rate de extracție depășind 50%, iar cu cât cantitatea de PASP utilizată este mai mare, cu atât efectul de extracție este mai bun. Wen Dongdong consideră că PASP poate elimina eficient Pb din sol, dar efectul său de îmbunătățire asupra eliminării Cu și Cr nu este semnificativ; Motivul principal pentru această concluzie este că PASP promovează transformarea formelor de metale grele Cu și Cr în sol, rezultând o mobilitate slabă și afectând eficiența extracției acestuia.

1.2 Legea guvernanței biologice

Metoda de tratare biologică a poluării cu metale grele în solul PASP se referă la utilizarea PASP ca mijloc auxiliar pentru tratarea biologică a poluării cu metale grele din sol. Prin utilizarea efectului de reglementare al PASP asupra enzimelor biologice din cultură sau a efectului de îmbunătățire al PASP asupra solului, PASP se poate combina cu ioni metalici precum Fe, Zn, Mn din sol pentru a forma enzime biologice exogene pentru culturi, promovând astfel îmbunătățirea. a randamentului și calității culturilor, precum și îmbunătățirea absorbției de metale grele de către culturi, Astfel, este o metodă de control al metalelor grele din sol. Ca agent sinergic utilizat pe scară largă în China, PASP are un efect incontestabil asupra creșterii culturilor, ceea ce oferă inspirație pentru cercetătorii în cercetarea tratării metalelor grele.

Cercetările lui Xu Li arată că PASP poate promova creșterea ierbii de vetiver, crește conținutul de clorofilă al ierbii de vetiver, întărește fotosinteza plantelor, mai ales în condiții de concentrație scăzută de Cu. PASP poate promova creșterea ierbii de vetiver și, într-o oarecare măsură, poate atenua daunele de Cu asupra țesutului ierbii de vetiver. Zhang Xin și colab. a constatat că într-un anumit interval de concentrație, capacitatea de activare a PASP pentru Pb și Cd crește odată cu creșterea concentrației PASP; În același timp, s-a constatat în experimentele cu ghivece că PASP are un efect de întărire semnificativ asupra remedierii solului contaminat cu metale grele de porumb. Xu Weiwei și colab. cred că împărțirea PASP și FeCl3 are un efect bun asupra poluării cu Cd și, spre deosebire de alți agenți chimici, utilizarea tratamentului PASP poate îmbunătăți semnificativ creșterea biomasei culturilor. Dou Qiaohui a constatat că, în condiții de stres cu Cu și Cd, aplicarea sării de acid poliaspartic în roșii poate nu numai să echilibreze nutriția plantelor, să îmbunătățească activitatea enzimelor în organisme, să promoveze creșterea culturilor, dar și să îmbunătățească calitatea tomatelor, să reducă conținutul absorbabil de Cu și Cd, ceea ce este benefic pentru managementul poluării cu metale grele a solului. 

2. Agent de chelare verde - IDHA

Agenții de chelare sunt una dintre cele mai utilizate substanțe chimice, acoperind aproape toate industriile precum cele farmaceutice, chimice, textile, chimicale de zi cu zi, fabricarea hârtiei, produse alimentare, piele, cauciuc, agricultură, câmpuri petroliere, minerit, tratarea solului etc. Agenții de chelare tradiționali în principal includ acidul etilendiaminotetraacetic și sărurile sale (EDTA), acidul hipoaminotriacetic și sărurile sale (NTA), acidul dietilentriaminopentaacetic și sărurile sale (DTPA), acidul citric, acidul tartric etc; Dintre aceștia, EDTA a devenit cel mai utilizat agent de chelare datorită capacității sale excelente de chelare și a rentabilității excelente. Cu toate acestea, procesul de producție de EDTA este grav poluat și greu de degradat în mediul natural, ceea ce poate provoca o poluare gravă a mediului și poate provoca scurgerea substanțelor de metale grele în sistemul de apă subterană după aplicare, prezentând astfel un anumit risc pentru sănătatea umană. În plus, apele uzate care conțin EDTA vor transporta metale dăunătoare din nămolul subacvatic în corpul de apă după descărcare, cauzând noi pericole pentru sănătatea umană și ecologică; Prin urmare, Uniunea Europeană a emis reglementări relevante care cer ca concentrația de EDTA în râuri să fie între 10 și 100 μ G/L, cu o concentrație de 1-10 în lac μ G/L este cea mai strictă cerință dintre toți compușii artificiali . Odată cu întărirea conștientizării mediului, oamenii încep treptat să ia măsuri în acest sens. Directiva UE 1999/476/ECL187/52 interzice în mod explicit utilizarea EDTA în mai multe industrii, cum ar fi alimentația, medicamentele și textilele. În același timp, restricționează utilizarea în industria de spălat și întărește treptat cercetările privind substanțele chimice verzi. În doar câțiva ani, în întreaga lume au apărut multe tipuri noi de substanțe chimice cu proprietăți chelatoare, IDHA fiind un reprezentant al acestora. IDHA are proprietăți chimice relativ stabile și poate menține o stabilitate bună în medii acide și alcaline puternice. În comparație cu EDTA, are două caracteristici proeminente: (1) are o structură de ligand de acid tetracarboxilic, capacitate moderată de chelare și este ușor de realizat chelarea și dechelarea ionilor metalici. Constanta de chelare pentru ionii metalici generali este puțin mai mică decât EDTA, dar unii ioni, cum ar fi Cu2+, au constante de chelare mai mari decât EDTA; (2) Proces de producție netoxic, inofensiv, curat, ușor biodegradabil și poate fi complet descompus în aminoacizi biodegradabili și acid succinic. În prezent, această substanță chimică a fost aplicată treptat în diverse domenii, cum ar fi agricultură, tipărire și vopsire, fabricarea hârtiei, chimicale zilnice, tratarea apei și poluarea cu metale grele. Rapoartele privind remedierea poluării cu metale grele din sol de către IDHA se concentrează în principal pe metode de tratare biologică și chimică.

2.1 Legea guvernanței biologice

Liu Xiaona consideră că tratamentul cu IDHA (sare) al plantelor de porumb crește semnificativ concentrația de Cd în părțile supraterane în comparație cu controlul martor și tratamentul cu EDTA și, de asemenea, îmbunătățește semnificativ concentrația de Cu în părțile supraterane și rădăcină în comparație cu controlul martor și EDTA. tratament, care ajută la accelerarea managementului metalelor grele din sol. Tian Haoqi a demonstrat prin experimente că IDHA (sare) poate activa As și Cd fix în sol, promovând absorbția de plante a metalelor grele.

2.2 Legea tratamentului chimic

Metoda de tratare chimică are caracteristica de a îndepărta rapid metalele grele din solul contaminat, care este utilizat pe scară largă și poate rezolva complet problemele. Cu toate acestea, modul de separare eficientă a agenților de chelare de metalele grele și de reciclare a acestora este o provocare.

Prin cercetări continue, cercetătorii au descoperit că noul IDHA are potențialul de a rezolva problemele menționate mai sus: (1) IDHA are o eficiență ridicată de chelare. Potrivit cercetărilor, eficiența de extracție a IDHA (sare) pentru Cd în nămolul de centrale electrice în anumite condiții este de 68%. În același timp, în condițiile adăugării de 1,2% acid fosforic, eficiența de extracție a IDHA pentru Cu și Ni în nămol este semnificativ îmbunătățită, cu rate de extracție depășind 90%. Duan Gaoqi a descoperit prin cercetări că IDHA are un efect bun de îndepărtare a metalelor grele din nămolul de la centralele electrice, mai ales când raportul molar total dintre IDHA și metalele grele este de 8:1 și se adaugă o cantitate mică de H3PO4, efectul de îndepărtare este cel mai bun. . (2) IDHA este ușor de eluat și de a realiza separarea. Hu Xiaojun consideră IDHA ca fiind componenta principală a soluției de leșiere ecologice. În condiții neutre de aciditate a solului, IDHA are o bună capacitate de eluare a metalelor grele din sol, cu rate de îndepărtare prin leșiere de peste 90%. Poate elua eficient metalele grele din sol și a constatat că IDHA poate fi complet degradată de microorganismele din mediu fără a provoca poluare. Este o substanță de levigare ideală pentru remedierea solului cu metale grele, prietenoasă cu mediul. (3) IDHA poate schimba formele existente ale metalelor grele și are potențialul de a rezolva în mod fundamental poluarea metalelor grele. Wang Guiyin și colab. au descoperit prin cercetări că IDHA poate elimina în mod eficient metalele grele din solul contaminat și poate reduce riscul de mediu al metalelor grele reziduale. Poate reduce cantitățile reziduale de Cd, Pb și Zn solubil în apă, schimbabil și legat de carbonat în sol. Chen Chunle și colab. a obținut și rezultate similare.

3. Prospectarea
4.  

În comparație cu agenții de chelare a ionilor de metale grele existenți din sol, PASP și IDHA au caracteristicile lor unice: (1) aceste două substanțe au o capacitate de chelare moderată și sunt mai ușor de separat de ionii de metale grele în tratamentul ulterioar; (2) Aceste două substanțe sunt ușor de degradat, iar produsul degradat este un amestec de acid aspartic și acid maleic, care poate fi folosit de culturi sau microorganisme fără reziduuri și nu va provoca poluare organică a solului; (3) Aceste două substanțe au un efect biologic de promovare și pot fi utilizate ca mijloace auxiliare pentru controlul poluării solului cu metale grele; (4) Dintre aceste două substanțe, funcția de metodă chimică a IDHA poate fi superioară funcției de metodă biologică, în timp ce PASP este opusul. Prin cercetări relevante, combinarea diferitelor metode de remediere poate îmbunătăți eficient eficiența controlului poluării cu metale grele, cum ar fi metoda mixtă de remediere a agentului de remediere microbiană și a agentului de remediere chimică, metoda de bioremediere a materialului biochar (Yatuocao), zeolitul microbian foarte activ. metoda de remediere și metoda de remediere a plantelor microbiene (Aspergillus flavus) (Ryegrass).

Prin urmare, autorul consideră că combinația produselor de mai sus poate combina în mod organic metodele biologice și chimice, ceea ce nu numai că reflectă natura rapidă și eficientă a metodelor chimice, dar reflectă și siguranța și natura ecologică a metodelor biologice și poate forma un nou forma de guvernare pentru metodele chimice biologice. Autorul consideră că aplicarea PASP și IDHA în tratarea poluării cu metale grele din sol poate fi încercată printr-o metodă biochimică, ceea ce înseamnă că, după ce cele două sunt utilizate împreună, eficiența biologică a PASP și eficiența extracției chimice a IDHA poate să fie utilizate pentru a promova în comun tratarea poluării cu metale grele. Deși unele dintre rapoartele menționate în acest studiu sunt încă în stadiul de cercetare, odată cu implementarea reglementărilor relevante în politicile naționale precum „Soil Zece Principii” și îmbunătățirea sprijinului, perspectivele utilizării PASP și IDHA pentru tratarea metalelor grele. solul contaminat va deveni din ce în ce mai bun.