Pôda je jedným zo zdrojov, na ktoré sa ľudia spoliehajú pri prežití, a je základom dôležitých zložiek životného prostredia. V procese premeny prírody, najmä s prudkým rozvojom priemyslu a expanziou svetového obchodu, dosiahol chemický priemysel rýchly rozvoj. Následne sú škody na životnom prostredí spôsobené chemickým znečistením čoraz závažnejšie. Problém znečistenia pôdy ťažkými kovmi sa stal obzvlášť závažným. V zahraničí bolesť kostí spôsobená nadmernou hladinou kadmia a Minamata choroba spôsobená nadmernou hladinou ortuti priamo ohrozuje životy a zdravotnú bezpečnosť ľudí. „Incident s kadmiovou ryžou Hunan“, ku ktorému došlo okolo roku 2013 v Guangdong v Číne, tiež vyvolal poplach pre ľudí. Dňa 28. mája 2016 Štátna rada implementovala „Akčný plán prevencie a kontroly znečistenia pôdy“ (článok 10), ktorý výslovne stanovil, že na zlepšenie kvality regionálneho pôdneho prostredia by sa mala vykonávať kontrola znečistenia a sanácia. Najmä v oblastiach so znečistením pôdy ťažkými kovmi, ako je mesto Taizhou v provincii Zhejiang, mesto Huangshi v provincii Hubei, mesto Changde v provincii Hunan, mesto Shaoguan v provincii Guangdong, mesto Hechi v autonómnej oblasti Guangxi Zhuang a mesto Tongren v provincii Guizhou, mali by sa stanoviť prioritné oblasti. Plne zohrávať vedúcu úlohu vlády, zriadiť špeciálne fondy na prevenciu a kontrolu znečistenia pôdy centrálnou a miestne samosprávou na všetkých úrovniach a zvýšiť podporu práce na prevenciu a kontrolu znečistenia pôdy. Od 90. rokov 20. storočia dosiahli zelené chemikálie a súvisiace technológie veľký pokrok v liečbe znečistenia pôdy ťažkými kovmi, pričom prominentný výskum sa týkal derivátov kyseliny asparágovej, kyseliny polyasparágovej (PASP) a kyseliny iminodijantárovej (IDHA).

1. Biomimetické syntetické chemikálie - PASP

PASP je vo vode rozpustný syntetický proteín, ktorý sa prirodzene vyskytuje v hliene morských mäkkýšov, ako sú ustrice. Štruktúra PASP neobsahuje množstvo karboxylových a aminoskupín, s asymetrickými α、β Dve konfigurácie, všestranný a ekologický multifunkčný biopolymérny materiál so širokým rozsahom aplikácií. Široko používaný na doplnenie výživy rastlín, zvýšenie účinnosti hnojív, inhibíciu rozptýleného vodného kameňa v priemysle úpravy vody, úpravu pôdy ťažkými kovmi atď. V mnohých oblastiach použitia PASP podporuje rast plodín. Čo je najdôležitejšie. Vzhľadom na jedinečnú funkciu chelatácie a dispergovania kovových iónov PASP mnohí výskumníci čoraz viac oceňujú použitie solí kyseliny polyasparágovej pri liečbe znečistenia pôdy ťažkými kovmi. V súčasnosti sa výskum solí kyseliny polyasparágovej v tejto oblasti zameriava najmä na chemické a biologické metódy úpravy.

1.1 Zákon o chemickom spracovaní

Metóda chemického spracovania znečistenia ťažkými kovmi v pôde PASP sa týka spôsobu využitia charakteristík kovových iónov chelatujúcich PASP, ich kombinovania s iónmi ťažkých kovov a potom pomocou metód lúhovania alebo extrakcie na oddelenie chelátov ťažkých kovov PASP z pôdy, čím sa odstránenie ťažkých kovov z pôdy. Keď sa PASP používa na kontrolu znečistenia pôdy ťažkými kovmi, je menej ovplyvnený pH prostredia. Výskum Cao Zhenyu ukazuje, že keď sa PASP aplikuje na úpravu kontaminovanej pôdy oscilačným lúhovaním, rýchlosť odstraňovania ťažkých kovov soľou kyseliny polyasparágovej je vyššia v prostredí s nižším pH, najmä pri pH 1. V štúdii o ťažkých kovoch v kaloch z Čistiareň odpadových vôd Taopu v Šanghaji výskumníci zistili, že PASP má dobrý extrakčný výkon pre rôzne ťažké kovy v kaloch pri strednej kyslosti. Výskumníci však majú rôzne názory na typy ťažkých kovov, ktoré môžu byť aktivované PASP, ale môžu demonštrovať bohatstvo ich chelátovaných typov ťažkých kovov z bočnej perspektívy. Zhang Hua zistil, že spoluprácou s peroxidom vodíka môže PASP účinne extrahovať Zn, Ni, Cu, ako aj určité množstvo Cd a Cr z kalu. Fang Yifeng a kol. výskumom sa zistilo, že PASP má dobrý extrakčný účinok na ióny ťažkých kovov Cd, pričom miera extrakcie presahuje 50 %, a čím vyššie je množstvo použitého PASP, tým lepší je extrakčný účinok. Wen Dongdong verí, že PASP môže účinne odstraňovať Pb z pôdy, ale jeho zosilňujúci účinok na odstraňovanie Cu a Cr nie je významný; Hlavným dôvodom tohto záveru je, že PASP podporuje transformáciu foriem ťažkých kovov Cu a Cr v pôde, čo má za následok zlú mobilitu a ovplyvňuje jej extrakčnú účinnosť.

1.2 Zákon o biologickej správe

Spôsob biologického čistenia znečistenia ťažkými kovmi v pôde PASP sa týka použitia PASP ako pomocného prostriedku na biologické čistenie znečistenia ťažkými kovmi v pôde. Využitím regulačného účinku PASP na biologické enzýmy v plodine alebo zlepšenia účinku PASP na pôdu sa PASP môže kombinovať s kovovými iónmi, ako sú Fe, Zn, Mn v pôde za vzniku exogénnych biologických enzýmov pre plodiny, čím sa podporuje zlepšenie. Ide o metódu kontroly ťažkých kovov v pôde. Ako široko používaný synergický prostriedok v Číne má PASP nespochybniteľný vplyv na rast plodín, čo poskytuje inšpiráciu pre výskumníkov v oblasti výskumu spracovania ťažkých kovov.

Výskum Xu Li ukazuje, že PASP môže podporiť rast vetiverovej trávy, zvýšiť obsah chlorofylu v vetiverovej tráve, posilniť fotosyntézu rastlín, najmä v podmienkach nízkej koncentrácie Cu. PASP môže podporovať rast vetiverovej trávy a do určitej miery zmierniť poškodenie tkaniva vetiverovej trávy Cu. Zhang Xin a kol. zistili, že v určitom koncentračnom rozsahu sa aktivačná schopnosť PASP pre Pb a Cd zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou PASP; Zároveň sa pri pokusoch v nádobách zistilo, že PASP má výrazný posilňujúci účinok na sanáciu pôdy kontaminovanej ťažkými kovmi kukuricou. Xu Weiwei a kol. verí, že zdieľanie PASP a FeCl3 má dobrý vplyv na znečistenie Cd a na rozdiel od iných chemických činidiel môže použitie úpravy PASP výrazne zlepšiť rast biomasy plodín. Dou Qiaohui zistil, že pri strese Cu a Cd môže aplikácia soli kyseliny polyasparágovej v paradajkách nielen vyvážiť výživu rastlín, zlepšiť aktivitu enzýmov v organizmoch, podporiť rast plodín, ale aj zlepšiť kvalitu paradajok, znížiť vstrebateľný obsah Cu a Cd, čo je prospešné pre manažment znečistenia pôdy ťažkými kovmi. 

2. Zelené chelatačné činidlo - IDHA

Chelatačné činidlá sú jednou z najpoužívanejších chemikálií, ktoré pokrývajú takmer všetky priemyselné odvetvia, ako sú farmaceutické, chemické, textilné, denné chemikálie, výroba papiera, potravinárstvo, koža, guma, poľnohospodárstvo, ropné polia, baníctvo, úprava pôdy atď. Tradičné chelatačné činidlá hlavne zahŕňajú kyselinu etyléndiamíntetraoctovú a jej soli (EDTA), kyselinu hypoaminotrioctovú a jej soli (NTA), kyselinu dietyléntriamínpentaoctovú a jej soli (DTPA), kyselinu citrónovú, kyselinu vínnu atď.; Spomedzi nich sa EDTA stala najpoužívanejším chelatačným činidlom vďaka svojej vynikajúcej chelatačnej schopnosti a vynikajúcej nákladovej efektívnosti. Výrobný proces EDTA je však v prírodnom prostredí silne znečistený a ťažko sa odbúrava, čo môže spôsobiť vážne znečistenie životného prostredia a po aplikácii môže spôsobiť vylúhovanie látok ťažkých kovov do systému podzemných vôd, čo predstavuje určité riziko pre ľudské zdravie. Okrem toho odpadová voda obsahujúca EDTA bude po vypustení prenášať škodlivé kovy z podvodného kalu do vodného útvaru, čo spôsobí nové riziká pre ľudské a ekologické zdravie; Preto Európska únia vydala príslušné nariadenia vyžadujúce koncentráciu EDTA v riekach medzi 10 a 100 μG/L, pričom koncentrácia 1-10 v jazere je μG/L najprísnejšou požiadavkou spomedzi všetkých umelých zlúčenín. . S posilňovaním environmentálneho povedomia ľudia v tomto postupne začínajú konať. Smernica EÚ 1999/476/ECL187/52 výslovne zakazuje používanie EDTA vo viacerých priemyselných odvetviach, ako sú potraviny, medicína a textil. Zároveň obmedzuje jeho použitie v umývacom priemysle a postupne posilňuje výskum zelených chemikálií. Len za pár rokov sa na celom svete objavilo mnoho nových typov chemikálií s chelatačnými vlastnosťami, pričom ich zástupcom je IDHA. IDHA má relatívne stabilné chemické vlastnosti a môže si udržať dobrú stabilitu v silných kyslých a alkalických médiách. V porovnaní s EDTA má dve výrazné vlastnosti: (1) má štruktúru ligandu tetrakarboxylovej kyseliny, miernu chelatačná schopnosť a je ľahké dosiahnuť cheláciu a decheláciu kovových iónov. Chelatačná konštanta pre všeobecné kovové ióny je o niečo nižšia ako EDTA, ale niektoré ióny ako Cu2+ majú vyššie chelatačné konštanty ako EDTA; (2) Netoxický, neškodný, čistý výrobný proces, ľahko biologicky odbúrateľný a môže sa úplne rozložiť na biologicky odbúrateľné aminokyseliny a kyselinu jantárovú. V súčasnosti sa táto chemikália postupne uplatňuje v rôznych oblastiach, ako je poľnohospodárstvo, tlač a farbenie, výroba papiera, každodenné chemikálie, úprava vody a znečistenie ťažkými kovmi. Správy IDHA o sanácii znečistenia pôdy ťažkými kovmi sa zameriavajú najmä na metódy biologického a chemického čistenia.

2.1 Zákon o biologickej správe

Liu Xiaona verí, že ošetrenie rastlín kukurice IDHA (soľou) výrazne zvyšuje koncentráciu Cd v nadzemných častiach v porovnaní so slepou kontrolou a ošetrením EDTA a tiež významne zlepšuje koncentráciu Cu v nadzemných a koreňových častiach v porovnaní so slepou kontrolou a EDTA. úprava, ktorá pomáha urýchliť hospodárenie s ťažkými kovmi v pôde. Tian Haoqi prostredníctvom experimentov preukázal, že IDHA (soľ) môže aktivovať fixovaný As a Cd v pôde, čím podporuje rastlinnú absorpciu ťažkých kovov.

2.2 Zákon o chemickom spracovaní

Chemická metóda úpravy sa vyznačuje rýchlym odstránením ťažkých kovov z kontaminovanej pôdy, ktorá je široko používaná a dokáže úplne vyriešiť problémy. Ako však efektívne oddeliť chelatačné činidlá od ťažkých kovov a recyklovať ich, je výzvou.

Nepretržitým výskumom výskumníci zistili, že nová IDHA má potenciál vyriešiť vyššie uvedené problémy: (1) IDHA má vysokú účinnosť chelátov. Podľa výskumov je účinnosť extrakcie IDHA (soli) pre Cd v elektrárenskom kale za určitých podmienok 68%. Zároveň sa za podmienky pridania 1,2 % kyseliny fosforečnej výrazne zlepší extrakčná účinnosť IDHA pre Cu a Ni v kaloch, pričom extrakčné rýchlosti presahujú 90 %. Duan Gaoqi výskumom zistil, že IDHA má dobrý odstraňovací účinok na ťažké kovy v kaloch z elektrární, najmä ak je celkový molárny pomer IDHA k ťažkým kovom 8:1 a pridá sa malé množstvo H3PO4, účinok odstraňovania je najlepší. . (2) IDHA sa ľahko eluuje a dosahuje separáciu. Hu Xiaojun považuje IDHA za hlavnú zložku lúhovacieho roztoku šetrného k životnému prostrediu. V podmienkach neutrálnej kyslosti pôdy má IDHA dobrú elučnú schopnosť pre ťažké kovy v pôde, pričom miera odstraňovania jedným vylúhovaním je vyššia ako 90 %. Dokáže účinne vylučovať ťažké kovy v pôde a zistilo sa, že IDHA môže byť úplne degradovaná mikroorganizmami v životnom prostredí bez toho, aby došlo k znečisteniu. Je to ideálna ekologická lúhovacia látka na sanáciu pôdy ťažkých kovov. (3) IDHA môže zmeniť existujúce formy ťažkých kovov a má potenciál zásadne vyriešiť znečistenie ťažkými kovmi. Wang Guiyin a kol. výskumom zistil, že IDHA dokáže účinne odstrániť ťažké kovy z kontaminovanej pôdy a znížiť environmentálne riziko zvyškových ťažkých kovov. Môže znížiť zvyškové množstvá vo vode rozpustného, ​​vymeniteľného a uhličitanovo viazaného Cd, Pb a Zn v pôde. Chen Chunle a kol. tiež dosiahli podobné výsledky.

3. Prospekcia
4.  

V porovnaní s existujúcimi pôdnymi chelatačnými činidlami pre ióny ťažkých kovov majú PASP a IDHA svoje jedinečné vlastnosti: (1) tieto dve látky majú miernu chelatačná schopnosť a pri neskoršom spracovaní sa ľahšie oddeľujú od iónov ťažkých kovov; (2) Tieto dve látky sú ľahko rozložiteľné a degradovaným produktom je zmes kyseliny asparágovej a kyseliny maleínovej, ktorú môžu plodiny alebo mikroorganizmy využiť bez zvyškov a nespôsobí organické znečistenie pôdy; (3) Tieto dve látky majú biologický podporný účinok a možno ich použiť ako pomocný prostriedok na kontrolu znečistenia pôdy ťažkými kovmi; (4) Spomedzi týchto dvoch látok môže byť funkcia chemickej metódy IDHA lepšia ako funkcia biologickej metódy, zatiaľ čo PASP je opakom. Prostredníctvom relevantného výskumu môže kombinácia rôznych sanačných metód účinne zlepšiť účinnosť kontroly znečistenia ťažkými kovmi, ako je zmiešaná sanačná metóda mikrobiálneho sanačného činidla a chemického sanačného činidla, metóda bioremediácie biouhlia (Yatuocao), vysoko aktívny zeolitový mikrobiálny sanačnú metódu a metódu sanácie mikrobiálnej (Aspergillus flavus) rastliny (ryegrass).

Preto sa autor domnieva, že kombinácia vyššie uvedených produktov môže organicky kombinovať biologické a chemické metódy, čo odráža nielen rýchly a efektívny charakter chemických metód, ale odráža aj bezpečnosť a ekologický charakter biologických metód a môže vytvoriť nový forma riadenia biologických chemických metód. Autor sa domnieva, že aplikáciu PASP a IDHA pri odstraňovaní znečistenia ťažkými kovmi v pôde je možné pokúsiť sa biochemickou metódou, čo znamená, že po použití oboch spoločne sa biologická účinnosť PASP a účinnosť chemickej extrakcie IDHA použiť na spoločnú podporu odstraňovania znečistenia ťažkými kovmi. Hoci niektoré zo správ spomenutých v tejto štúdii sú stále v štádiu výskumu, s implementáciou príslušných nariadení v národných politikách, ako je „Pôda desať princípov“ a rozšírením podpory, vyhliadky na používanie PASP a IDHA na liečbu ťažkých kovov kontaminovaná pôda bude lepšia a lepšia.