Jord är en av de resurser som människor förlitar sig på för att överleva, och det är grunden för den ekologiska miljön viktiga komponenter. I processen att omvandla naturen, särskilt med den snabba utvecklingen av industrin och expansionen av den globala handeln, har den kemiska industrin uppnått en snabb utveckling. Därefter har miljöskadorna orsakade av kemiska föroreningar blivit allt allvarligare. Problemet med tungmetallföroreningar i marken har blivit särskilt framträdande. I främmande länder hotar bensmärta orsakad av för höga kadmiumnivåer och Minamatas sjukdom orsakad av för höga kvicksilvernivåer direkt människors liv och hälsa. "Hunan Cadmium Rice Incident" som inträffade runt 2013 i Guangdong, Kina slog också larm för människor. Den 28 maj 2016 genomförde statsrådet "Handlingsplanen för förebyggande och kontroll av markföroreningar" (artikel 10), som uttryckligen föreskrev att föroreningskontroll och sanering bör utföras för att förbättra kvaliteten på den regionala markmiljön. Särskilt i områden med tungmetallföroreningar, såsom Taizhou City i Zhejiang-provinsen, Huangshi City i Hubei-provinsen, Changde City i Hunan-provinsen, Shaoguan City i Guangdong-provinsen, Hechi City i Guangxi Zhuang autonoma region och Tongren City i Guizhou-provinsen, prioriterade områden bör fastställas. Ge regeringens ledande roll fullt ut, inrätta särskilda fonder för att förebygga och kontrollera markföroreningar av centrala och lokala myndigheter på alla nivåer, och öka stödet för att förebygga och kontrollera markföroreningar. Sedan 1990-talet har gröna kemikalier och relaterade teknologier gjort stora framsteg i behandlingen av tungmetallföroreningar i mark, med framstående forskning relaterad till derivaten av asparaginsyra, polyasparaginsyra (PASP) och iminodibärnstenssyra (IDHA).

1. Biomimetiska syntetiska kemikalier - PASP

PASP är ett vattenlösligt syntetiskt protein som finns naturligt i slemmet hos marina skaldjur som ostron. PASP-strukturen är fri från många karboxyl- och aminogrupper, med asymmetriska α、β Två konfigurationer, ett mångsidigt och miljövänligt multifunktionellt biopolymermaterial med ett brett användningsområde. Används i stor utsträckning för växtnäringstillskott, förbättring av gödningsmedelseffektivitet, spridd beläggningshämning i vattenreningsindustrin, behandling av tungmetaller i marken, etc. I många användningsområden främjar PASP växttillväxt. Viktigast. Med tanke på PASP:s unika kelatbildande och dispergerande metalljonfunktion, uppskattas användningen av polyasparaginsyrasalter vid behandlingen av markens tungmetallföroreningar alltmer av många forskare. För närvarande fokuserar forskningen på polyasparaginsyrasalter inom detta område främst på kemiska och biologiska behandlingsmetoder.

1.1Kemisk behandlingslag

Den kemiska behandlingsmetoden för tungmetallföroreningar i PASP-jord hänvisar till metoden att utnyttja egenskaperna hos PASP-kelaterande metalljoner, kombinera dem med tungmetalljoner, och sedan använda laknings- eller extraktionsmetoder för att separera PASP-tungmetallkelater från jorden, och därigenom ta bort tungmetaller från marken. När PASP används för föroreningskontroll av tungmetaller i marken påverkas det mindre av miljöns pH. Cao Zhenyus forskning visar att när PASP appliceras på den oscillerande lakningsbehandlingen av förorenad jord, är avlägsningshastigheten för tungmetaller med polyasparaginsyrasalt högre i en miljö med lägre pH, särskilt vid pH 1. I en studie på tungmetaller i slam från Taopu reningsverk i Shanghai, fann forskare att PASP har bra utvinningsprestanda för olika tungmetaller i slam vid måttlig surhet. Forskare har dock olika åsikter om vilka typer av tungmetaller som kan aktiveras av PASP, men de kan visa rikedomen hos deras kelaterade tungmetalltyper från ett sidoperspektiv. Zhang Hua fann att genom att arbeta tillsammans med väteperoxid kan PASP effektivt extrahera Zn, Ni, Cu, samt lite Cd och Cr från slammet. Fang Yifeng et al. funnit genom forskning att PASP har en bra extraktionseffekt på tungmetalljoner Cd, med extraktionshastigheter som överstiger 50 %, och ju högre mängd PASP som används, desto bättre extraktionseffekt. Wen Dongdong tror att PASP effektivt kan ta bort Pb från marken, men dess förbättrande effekt på Cu- och Cr-avlägsnande är inte signifikant; Huvudskälet till denna slutsats är att PASP främjar omvandlingen av tungmetaller Cu och Cr-former i jord, vilket resulterar i dålig rörlighet och påverkar dess utvinningseffektivitet.

1.2Biologisk styrningslag

Den biologiska reningsmetoden för tungmetallföroreningar i PASP-mark avser att använda PASP som ett hjälpmedel för biologisk rening av tungmetallföroreningar i mark. Genom att utnyttja PASP:s reglerande effekt på biologiska enzymer i grödan eller förbättringseffekten av PASP på jord, kan PASP kombineras med metalljoner som Fe, Zn, Mn i jorden för att bilda exogena biologiska enzymer för grödor, och därigenom främja förbättringen av skördens avkastning och kvalitet, och förbättra absorptionen av tungmetaller av grödor. Det är alltså en metod för att kontrollera tungmetaller i marken. Som ett allmänt använt synergistiskt medel i Kina har PASP en obestridlig effekt på grödans tillväxt, vilket ger inspiration för forskare inom tungmetallbehandlingsforskning.

Xu Lis forskning visar att PASP kan främja tillväxten av vetivergräs, öka klorofyllhalten i vetivergräs, stärka växternas fotosyntes, särskilt under lågkoncentrationer av Cu. PASP kan främja tillväxt av vetivergräs och i viss mån lindra skadorna av Cu på vetivergräsvävnad. Zhang Xin et al. fann att inom ett visst koncentrationsområde ökar aktiveringsförmågan hos PASP för Pb och Cd med ökningen av PASP-koncentrationen; Samtidigt fann man i krukaxperiment att PASP har en betydande stärkande effekt på sanering av tungmetallförorenad jord med majs. Xu Weiwei et al. tror att delning av PASP och FeCl3 har en god effekt på Cd-föroreningar, och till skillnad från andra kemiska medel kan användningen av PASP-behandling avsevärt förbättra tillväxten av grödors biomassa. Dou Qiaohui fann att under Cu- och Cd-stress kan appliceringen av polyasparaginsyrasalt i tomater inte bara balansera växtnäring, förbättra enzymaktiviteten i organismer, främja växttillväxt, men också förbättra tomatkvaliteten, minska det absorberbara innehållet av Cu och Cd, vilket är fördelaktigt för hanteringen av markens tungmetallföroreningar. 

2. Grönt kelatbildare - IDHA

Kelateringsmedel är en av de mest använda kemikalierna och täcker nästan alla industrier såsom läkemedel, kemikalier, textilier, dagliga kemikalier, papperstillverkning, livsmedel, läder, gummi, jordbruk, oljefält, gruvdrift, jordbehandling, etc. Traditionella kelatbildare främst inkluderar etylendiamintetraättiksyra och dess salter (EDTA), hypoaminotriättiksyra och dess salter (NTA), dietylentriaminpentaättiksyra och dess salter (DTPA), citronsyra, vinsyra, etc; Bland dem har EDTA blivit det mest använda kelatbildande medlet på grund av dess utmärkta kelatbildande förmåga och utmärkta kostnadseffektivitet. Emellertid är EDTA-produktionsprocessen kraftigt förorenad och svår att bryta ner i den naturliga miljön, vilket kan orsaka allvarliga miljöföroreningar och kan orsaka läckage av tungmetallämnen i grundvattensystemet efter applicering och därmed utgöra en viss risk för människors hälsa. Dessutom kommer avloppsvatten som innehåller EDTA att transportera skadliga metaller från undervattensslam till vattenkroppen efter utsläpp, vilket orsakar nya faror för människors och ekologiska hälsa; Därför har Europeiska unionen utfärdat relevanta föreskrifter som kräver att koncentrationen av EDTA i floder ska vara mellan 10 och 100 μ G/L, med en koncentration på 1-10 i sjön μ G/L är det strängaste kravet bland alla konstgjorda föreningar . Med förstärkningen av miljömedvetenheten börjar människor gradvis agera kring detta. EU-direktiv 1999/476/ECL187/52 förbjuder uttryckligen användningen av EDTA i flera industrier som livsmedel, medicin och textilier. Samtidigt begränsar det användningen i tvättbranschen och stärker successivt forskningen om gröna kemikalier. På bara några år har många nya typer av kemikalier med kelatbildande egenskaper dykt upp världen över, där IDHA är en representant för dem. IDHA har relativt stabila kemiska egenskaper och kan bibehålla god stabilitet i starka sura och alkaliska medier. Jämfört med EDTA har den två framträdande egenskaper: (1) den har en tetrakarboxylsyraligandstruktur, måttlig kelateringsförmåga och är lätt att uppnå kelering och dekelering av metalljoner. Kelateringskonstanten för allmänna metalljoner är något lägre än EDTA, men vissa joner såsom Cu2+ har högre kelationskonstanter än EDTA; (2) Ej giftig, ofarlig, ren produktionsprocess, lätt biologiskt nedbrytbar och kan sönderdelas helt till biologiskt nedbrytbara aminosyror och bärnstenssyra. För närvarande har denna kemikalie gradvis använts inom olika områden som jordbruk, tryckning och färgning, papperstillverkning, dagliga kemikalier, vattenrening och tungmetallföroreningar. IDHAs rapporter om sanering av tungmetallföroreningar i mark fokuserar främst på biologiska och kemiska reningsmetoder.

2.1Biologisk styrningslag

Liu Xiaona anser att IDHA (salt) behandling av majsväxter avsevärt ökar Cd-koncentrationen i de ovanjordiska delarna jämfört med blankkontrollen och EDTA-behandlingen, och även signifikant förbättrar Cu-koncentrationen i ovanjords- och rotdelarna jämfört med blankkontrollen och EDTA. behandling, som hjälper till att påskynda hanteringen av tungmetaller i marken. Tian Haoqi har genom experiment visat att IDHA (salt) kan aktivera fixerad As och Cd i jord, vilket främjar växternas absorption av tungmetaller.

2.2Kemisk behandlingslag

Den kemiska behandlingsmetoden har egenskapen att snabbt ta bort tungmetaller från förorenad jord, som används flitigt och helt kan lösa problem. Men hur man effektivt kan separera kelatbildare från tungmetaller och återvinna dem är en utmaning.

Genom kontinuerlig forskning har forskare funnit att nya IDHA har potential att lösa de ovan nämnda problemen: (1) IDHA har hög keleringseffektivitet. Enligt forskning är utvinningseffektiviteten för IDHA (salt) för Cd i kraftverksslam under vissa förhållanden 68 %. Samtidigt, under villkoret att tillsätta 1,2 % fosforsyra, förbättras extraktionseffektiviteten för IDHA för Cu och Ni i slam avsevärt, med extraktionshastigheter som överstiger 90 %. Duan Gaoqi fann genom forskning att IDHA har en bra borttagningseffekt på tungmetaller i kraftverksslam, speciellt när det totala molförhållandet IDHA till tungmetaller är 8:1 och en liten mängd H3PO4 tillsätts, är borttagningseffekten bäst . (2) IDHA är lätt att eluera och uppnå separation. Hu Xiaojun ser IDHA som huvudkomponenten i en miljövänlig lakningslösning. Under neutrala marksurhetsförhållanden har IDHA god elueringsförmåga för tungmetaller i jorden, med en enstaka urlakningshastighet på över 90 %. Det kan effektivt eluera tungmetaller i jorden, och fann att IDHA kan brytas ned helt av mikroorganismer i miljön utan att orsaka föroreningar. Det är ett idealiskt miljövänligt urlakningsämne för jordsanering av tungmetaller. (3) IDHA kan förändra de befintliga formerna av tungmetaller och har potential att i grunden lösa föroreningen av tungmetaller. Wang Guiyin et al. funnit genom forskning att IDHA effektivt kan ta bort tungmetaller från förorenad jord och minska miljörisken för rester av tungmetaller. Det kan minska kvarvarande mängder vattenlöslig, utbytbar och karbonatbunden Cd, Pb och Zn i jord. Chen Chunle et al. fick också liknande resultat.

3. Prospektering
4.  

Jämfört med befintliga kelaterande medel för tungmetalljoner i jorden har PASP och IDHA sina unika egenskaper: (1) dessa två ämnen har måttlig kelatbildande förmåga och är lättare att separera från tungmetalljoner vid senare behandling; (2) Dessa två ämnen är lätta att bryta ner, och den nedbrutna produkten är en blandning av asparaginsyra och maleinsyra, som kan användas av grödor eller mikroorganismer utan rester och inte orsakar organisk förorening av jorden; (3) Dessa två ämnen har en biologiskt främjande effekt och kan användas som hjälpmedel för att kontrollera markens tungmetallförorening; (4) Bland dessa två ämnen kan IDHAs kemiska metodfunktion vara överlägsen den biologiska metodfunktionen, medan PASP är motsatsen. Genom relevant forskning kan kombinationen av olika saneringsmetoder effektivt förbättra effektiviteten av föroreningskontroll av tungmetaller, såsom den blandade saneringsmetoden av mikrobiellt saneringsmedel och kemisk saneringsmedel, biokolmaterialets bioremedieringsmetoden (Yatuocao), den högaktiva zeolitmikrobialen saneringsmetoden, och den mikrobiella (Aspergillus flavus) växten (rajgräs) saneringsmetoden.

Därför anser författaren att kombinationen av ovanstående produkter organiskt kan kombinera biologiska och kemiska metoder, vilket inte bara återspeglar den snabba och effektiva naturen hos kemiska metoder, utan också speglar de biologiska metodernas säkerhet och gröna natur, och kan bilda en ny form av styrning för biologiska kemiska metoder. Författaren anser att tillämpningen av PASP och IDHA vid behandling av tungmetallföroreningar i mark kan försökas genom en biokemisk metod, vilket innebär att efter att de två används tillsammans kan den biologiska effektiviteten av PASP och den kemiska extraktionseffektiviteten för IDHA användas för att gemensamt främja behandlingen av tungmetallföroreningar. Även om några av de rapporter som nämns i denna studie fortfarande är på forskningsstadiet, med implementeringen av relevanta bestämmelser i nationell policy som "Soil Ten Principles" och förbättringen av stödet, är möjligheterna att använda PASP och IDHA för att behandla tungmetaller förorenad mark kommer att bli bättre och bättre.