Почва является одним из ресурсов, на которые люди полагаются для выживания, и является основой важных компонентов экологической среды. В процессе преобразования природы, особенно с бурным развитием промышленности и расширением мировой торговли, химическая промышленность достигла быстрого развития. Впоследствии ущерб окружающей среде, вызванный химическим загрязнением, становится все более серьезным. Проблема загрязнения почвы тяжелыми металлами стала особенно актуальной. В зарубежных странах боли в костях, вызванные чрезмерным содержанием кадмия, и болезнь Минамата, вызванная чрезмерным содержанием ртути, непосредственно угрожают жизни и безопасности людей. «Инцидент с кадмиевым рисом в провинции Хунань», произошедший примерно в 2013 году в провинции Гуандун, Китай, также вызвал тревогу у людей. 28 мая 2016 года Государственный совет реализовал «План действий по предотвращению и контролю загрязнения почв» (статья 10), в котором прямо указано, что контроль загрязнения и восстановление должны осуществляться для улучшения качества региональной почвенной среды. Особенно в районах с загрязнением почвы тяжелыми металлами, таких как город Тайчжоу в провинции Чжэцзян, город Хуанши в провинции Хубэй, город Чандэ в провинции Хунань, город Шаогуань в провинции Гуандун, город Хэчи в Гуанси-Чжуанском автономном районе и город Тунжэнь в провинции Гуйчжоу, должны быть определены приоритетные области. В полной мере использовать ведущую роль правительства, создать специальные фонды для предотвращения и контроля загрязнения почв центральными и местными органами власти на всех уровнях, а также увеличить поддержку работ по предотвращению и контролю загрязнения почв. С 1990-х годов «зеленые» химикаты и связанные с ними технологии добились большого прогресса в борьбе с загрязнением почвы тяжелыми металлами, при этом заметные исследования связаны с производными аспарагиновой кислоты, полиаспарагиновой кислоты (PASP) и иминодиянтарной кислоты (IDHA).

1. Биомиметические синтетические химикаты - PASP

PASP — это водорастворимый синтетический белок, который естественным образом присутствует в слизи морских моллюсков, таких как устрицы. Структура PASP не содержит многочисленных карбоксильных и аминогрупп, имеет асимметричные α、β две конфигурации, универсальный и экологически чистый многофункциональный биополимерный материал с широким спектром применения. Широко используется для дополнения питания растений, повышения эффективности удобрений, ингибирования дисперсных отложений в водоочистке, обработки почвы тяжелыми металлами и т. д. Во многих областях применения PASP способствует росту сельскохозяйственных культур. Самое главное. Учитывая уникальную функцию PASP, хелатирующую и диспергирующую ионы металлов, использование солей полиаспарагиновой кислоты для очистки почвы от загрязнения тяжелыми металлами все больше ценится многими исследователями. В настоящее время исследования солей полиаспарагиновой кислоты в этой области сосредоточены в основном на химических и биологических методах очистки.

1.1 Закон о химической обработке

Метод химической обработки загрязнения тяжелыми металлами в почве PASP относится к методу использования характеристик хелатирующих ионов металлов PASP, объединения их с ионами тяжелых металлов, а затем использования методов выщелачивания или экстракции для отделения хелатов тяжелых металлов PASP от почвы, тем самым удаление тяжелых металлов из почвы. Когда PASP используется для контроля загрязнения почвы тяжелыми металлами, на него меньше влияет pH окружающей среды. Исследования Цао Чжэньюя показывают, что когда PASP применяется для обработки колебательным выщелачиванием загрязненной почвы, скорость удаления тяжелых металлов солью полиаспарагиновой кислоты выше в среде с более низким pH, особенно при pH 1. В исследовании тяжелых металлов в осадке из На станции очистки сточных вод Таопу в Шанхае исследователи обнаружили, что PASP обладает хорошими характеристиками извлечения различных тяжелых металлов из осадка при умеренной кислотности. Однако исследователи имеют разные мнения о типах тяжелых металлов, которые могут быть активированы PASP, но они могут продемонстрировать богатство своих хелатных типов тяжелых металлов с боковой точки зрения. Чжан Хуа обнаружил, что, работая вместе с перекисью водорода, PASP может эффективно извлекать из шлама Zn, Ni, Cu, а также некоторое количество Cd и Cr. Фан Ифэн и др. В результате исследований обнаружено, что PASP оказывает хороший эффект экстракции ионов тяжелых металлов Cd, при этом степень экстракции превышает 50%, и чем выше количество используемого PASP, тем лучше эффект экстракции. Вэнь Дундун считает, что PASP может эффективно удалять Pb из почвы, но его эффект усиления удаления Cu и Cr незначителен; Основная причина этого вывода заключается в том, что PASP способствует трансформации форм тяжелых металлов Cu и Cr в почве, что приводит к плохой подвижности и влияет на эффективность их извлечения.

1.2 Закон о биологическом управлении

Метод биологической очистки от загрязнения тяжелыми металлами почвы ПАСП предполагает использование ПАСП в качестве вспомогательного средства биологической очистки почвы от загрязнения тяжелыми металлами. Используя регулирующее воздействие PASP на биологические ферменты сельскохозяйственных культур или улучшающее воздействие PASP на почву, PASP может сочетаться с ионами металлов, таких как Fe, Zn, Mn, в почве, образуя экзогенные биологические ферменты для сельскохозяйственных культур, тем самым способствуя улучшению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также улучшения поглощения тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами. Таким образом, это метод контроля тяжелых металлов в почве. Будучи широко используемым синергетическим агентом в Китае, PASP оказывает неоспоримое влияние на рост сельскохозяйственных культур, что вдохновляет исследователей в области исследований в области обработки тяжелых металлов.

Исследования Сюй Ли показывают, что PASP может способствовать росту травы ветивера, увеличивать содержание хлорофилла в траве ветивера, усиливать фотосинтез растений, особенно в условиях низкой концентрации меди. PASP может способствовать росту травы ветивера и в некоторой степени смягчать повреждение тканей ветивера, причиняемое медью. Чжан Синь и др. обнаружили, что в определенном диапазоне концентраций активационная способность PASP для Pb и Cd увеличивается с увеличением концентрации PASP; В то же время в экспериментах с горшками было обнаружено, что PASP оказывает значительное укрепляющее действие на ремедиацию кукурузой почвы, загрязненной тяжелыми металлами. Сюй Вэйвэй и др. считают, что совместное использование PASP и FeCl3 хорошо влияет на загрязнение Cd, и в отличие от других химических агентов, использование обработки PASP может значительно улучшить рост биомассы сельскохозяйственных культур. Доу Цяохуэй обнаружил, что в условиях стресса Cu и Cd применение соли полиаспарагиновой кислоты в томатах может не только сбалансировать питание растений, улучшить ферментативную активность в организмах, способствовать росту урожая, но также улучшить качество томатов, снизить усваиваемое содержание Cu и Cd, что полезно для борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами. 

2. Зеленый хелатирующий агент - IDHA

Хелатирующие агенты являются одними из наиболее широко используемых химических веществ, охватывающих почти все отрасли, такие как фармацевтика, химическая, текстильная, бытовая химия, производство бумаги, пищевая, кожевенная, резиновая, сельское хозяйство, нефтяные месторождения, горнодобывающая промышленность, обработка почвы и т. д. В основном традиционные хелатирующие агенты включают этилендиаминтетрауксусную кислоту и ее соли (ЭДТА), гипоаминотриуксусную кислоту и ее соли (НТК), диэтилентриаминпентауксусную кислоту и ее соли (ДТПА), лимонную кислоту, винную кислоту и т.д.; Среди них ЭДТА стала наиболее широко используемым хелатирующим агентом благодаря своей превосходной хелатирующей способности и превосходной экономической эффективности. Однако процесс производства ЭДТА сильно загрязнен и с трудом поддается разложению в природной среде, что может вызвать серьезное загрязнение окружающей среды и вызвать выщелачивание веществ тяжелых металлов в систему грунтовых вод после применения, тем самым создавая определенный риск для здоровья человека. Кроме того, сточные воды, содержащие ЭДТА, после сброса переносят вредные металлы из подводного ила в водоем, создавая новые опасности для здоровья человека и окружающей среды; Поэтому Европейский Союз издал соответствующие правила, требующие, чтобы концентрация ЭДТА в реках составляла от 10 до 100 мкГ/л, при этом концентрация 1-10 мкГ/л в озере является самым строгим требованием среди всех искусственных соединений. . С усилением экологического сознания люди постепенно начинают принимать меры в этом направлении. Директива ЕС 1999/476/ECL187/52 прямо запрещает использование ЭДТА во многих отраслях промышленности, таких как пищевая, медицинская и текстильная. В то же время оно ограничивает его использование в стиральной промышленности и постепенно усиливает исследования в области экологически чистых химикатов. Всего за несколько лет во всем мире появилось множество новых типов химических веществ с хелатирующими свойствами, представителем которых является IDHA. IDHA имеет относительно стабильные химические свойства и может сохранять хорошую стабильность в сильных кислотных и щелочных средах. По сравнению с ЭДТА он имеет две важные характеристики: (1) он имеет структуру лиганда тетракарбоновой кислоты, умеренную хелатирующую способность и легко обеспечивает хелатирование и дехелатирование ионов металлов. Константа хелатирования обычных ионов металлов немного ниже, чем у ЭДТА, но некоторые ионы, такие как Cu2+, имеют более высокие константы хелатирования, чем ЭДТА; (2) Нетоксичный, безвредный, чистый производственный процесс, легко биоразлагаемый и полностью разлагаемый на биоразлагаемые аминокислоты и янтарную кислоту. В настоящее время это химическое вещество постепенно применяется в различных областях, таких как сельское хозяйство, полиграфия и крашение, производство бумаги, бытовая химия, очистка воды и загрязнение тяжелыми металлами. В отчетах IDHA о ликвидации загрязнения почвы тяжелыми металлами основное внимание уделяется биологическим и химическим методам очистки.

2.1 Закон о биологическом управлении

Лю Сяона считает, что обработка растений кукурузы IDHA (солью) значительно увеличивает концентрацию Cd в надземной части по сравнению с контрольным контролем и обработкой ЭДТА, а также значительно улучшает концентрацию Cu в надземной и корневой частях по сравнению с контрольным контролем и ЭДТА. обработка, которая помогает ускорить удаление тяжелых металлов из почвы. Тянь Хаоци посредством экспериментов продемонстрировал, что IDHA (соль) может активировать фиксированные As и Cd в почве, способствуя поглощению растениями тяжелых металлов.

2.2 Закон о химической обработке

Метод химической обработки характеризуется быстрым удалением тяжелых металлов из загрязненной почвы, что широко используется и может полностью решить проблемы. Однако как эффективно отделить хелатирующие агенты от тяжелых металлов и переработать их, является непростой задачей.

Благодаря непрерывным исследованиям исследователи обнаружили, что новый IDHA может решить вышеупомянутые проблемы: (1) IDHA обладает высокой эффективностью хелатирования. Согласно исследованиям, эффективность извлечения IDHA (соли) Cd в осадках электростанций при определенных условиях составляет 68%. В то же время при условии добавления 1,2% ортофосфорной кислоты эффективность извлечения ИДГА меди и никеля в шламе значительно повышается, при этом степени извлечения превышают 90%. Дуань Гаоци в ходе исследования обнаружил, что IDHA оказывает хороший эффект удаления тяжелых металлов из осадка электростанций, особенно когда общее молярное соотношение IDHA к тяжелым металлам составляет 8:1 и добавляется небольшое количество H3PO4, эффект удаления является лучшим. . (2) IDHA легко элюируется и достигается разделение. Ху Сяоцзюнь считает IDHA основным компонентом экологически чистого выщелачивающего раствора. В условиях нейтральной кислотности почвы IDHA обладает хорошей способностью к элюированию тяжелых металлов из почвы, при этом степень удаления при однократном выщелачивании превышает 90%. Он может эффективно элюировать тяжелые металлы из почвы, и было обнаружено, что IDHA может полностью разлагаться микроорганизмами в окружающей среде, не вызывая загрязнения. Это идеальное экологически чистое выщелачивающее вещество для выщелачивания почвы тяжелыми металлами. (3) IDHA может изменить существующие формы тяжелых металлов и потенциально решить фундаментальную проблему загрязнения тяжелыми металлами. Ван Гуйинь и др. В результате исследований обнаружено, что IDHA может эффективно удалять тяжелые металлы из загрязненной почвы и снижать экологический риск, связанный с остаточными тяжелыми металлами. Он может уменьшить остаточные количества водорастворимых, обменных и карбонатсвязанных Cd, Pb и Zn в почве. Чэнь Чунлэ и др. также получили аналогичные результаты.

3. Разведка
4.  

По сравнению с существующими агентами, хелатирующими ионы тяжелых металлов в почве, PASP и IDHA имеют свои уникальные характеристики: (1) эти два вещества обладают умеренной хелатирующей способностью и их легче отделить от ионов тяжелых металлов при последующей обработке; (2) Эти два вещества легко разлагаются, а продукт разложения представляет собой смесь аспарагиновой кислоты и малеиновой кислоты, которая может использоваться сельскохозяйственными культурами или микроорганизмами без остатков и не вызывает органического загрязнения почвы; (3) Эти два вещества обладают биологически стимулирующим эффектом и могут использоваться в качестве вспомогательных средств для контроля загрязнения почвы тяжелыми металлами; (4) Среди этих двух веществ функция химического метода IDHA может превосходить функцию биологического метода, тогда как PASP является противоположной. Благодаря соответствующим исследованиям сочетание различных методов восстановления может эффективно повысить эффективность контроля загрязнения тяжелыми металлами, таких как смешанный метод восстановления с использованием микробного реагента и химического реабилитационного агента, метод биоремедиации биоугольного материала (Yatuocao), высокоактивный цеолитный микробный препарат. метод восстановления и метод восстановления микробного растения (Aspergillus flavus) (райграс).

Таким образом, автор считает, что сочетание вышеуказанных продуктов может органично сочетать биологические и химические методы, что не только отражает быстрый и эффективный характер химических методов, но также отражает безопасность и экологичность биологических методов и может сформировать новый подход. форма управления биологическими химическими методами. Автор считает, что применение PASP и IDHA для очистки почвы от загрязнения тяжелыми металлами может быть предпринято с помощью биохимического метода, а это означает, что после их совместного использования биологическая эффективность PASP и эффективность химической экстракции IDHA могут быть увеличены. использоваться для совместного содействия очистке от загрязнения тяжелыми металлами. Хотя некоторые из отчетов, упомянутых в этом исследовании, все еще находятся на стадии исследования, с внедрением соответствующих правил в национальную политику, таких как «Десять принципов почвы», и усилением поддержки, перспективы использования PASP и IDHA для обработки тяжелых металлов загрязненная почва будет становиться все лучше и лучше.