Đất là một trong những nguồn tài nguyên mà con người dựa vào để tồn tại và nó là nền tảng của các thành phần môi trường sinh thái quan trọng. Trong quá trình biến đổi thiên nhiên, đặc biệt với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp và sự mở rộng thương mại toàn cầu, ngành công nghiệp hóa chất đã đạt được sự phát triển nhanh chóng. Sau đó, thiệt hại về môi trường do ô nhiễm hóa chất ngày càng trở nên nghiêm trọng. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã trở nên đặc biệt nổi bật. Ở nước ngoài, tình trạng đau xương do hàm lượng cadmium quá cao và bệnh Minamata do hàm lượng thủy ngân quá cao đe dọa trực tiếp đến tính mạng và an toàn sức khỏe của người dân. “Sự cố gạo Cadmium Hồ Nam” xảy ra vào khoảng năm 2013 tại Quảng Đông, Trung Quốc cũng gióng lên hồi chuông cảnh báo cho người dân. Vào ngày 28 tháng 5 năm 2016, Hội đồng Nhà nước đã triển khai "Kế hoạch hành động phòng ngừa và kiểm soát ô nhiễm đất" (Điều 10), trong đó quy định rõ ràng rằng cần tiến hành kiểm soát và khắc phục ô nhiễm để cải thiện chất lượng môi trường đất trong khu vực. Đặc biệt ở những khu vực bị ô nhiễm đất kim loại nặng, như thành phố Thái Châu ở tỉnh Chiết Giang, thành phố Hoàng Thạch ở tỉnh Hồ Bắc, thành phố Thường Đức ở tỉnh Hồ Nam, thành phố Thiệu Quan ở tỉnh Quảng Đông, thành phố Hà Trì ở khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây và thành phố Tongren ở tỉnh Quý Châu, các lĩnh vực ưu tiên cần được thiết lập. Phát huy vai trò lãnh đạo của chính phủ, thành lập các quỹ đặc biệt để phòng ngừa và kiểm soát ô nhiễm đất của chính quyền trung ương và địa phương các cấp, đồng thời tăng cường hỗ trợ cho công tác phòng ngừa và kiểm soát ô nhiễm đất. Từ những năm 1990, hóa chất xanh và các công nghệ liên quan đã đạt được tiến bộ lớn trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất, với nghiên cứu nổi bật liên quan đến các dẫn xuất của axit aspartic, axit polyaspartic (PASP) và axit iminodisuccinic (IDHA).

1. Hóa chất tổng hợp mô phỏng sinh học - PASP

PASP là một loại protein tổng hợp hòa tan trong nước tồn tại tự nhiên trong chất nhầy của động vật có vỏ ở biển như hàu. Cấu trúc PASP không có nhiều nhóm carboxyl và amino, với cấu hình α,β không đối xứng, một vật liệu polyme sinh học đa chức năng linh hoạt và thân thiện với môi trường với nhiều ứng dụng. Được sử dụng rộng rãi để bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng, nâng cao hiệu quả phân bón, ức chế cặn phân tán trong ngành xử lý nước, xử lý kim loại nặng trong đất, v.v. Trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, PASP thúc đẩy tăng trưởng cây trồng. Quan trọng nhất. Với chức năng chelat và phân tán ion kim loại độc đáo của PASP, việc sử dụng muối axit polyaspartic trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất ngày càng được nhiều nhà nghiên cứu đánh giá cao. Hiện nay, nghiên cứu về muối axit polyaspartic trong lĩnh vực này chủ yếu tập trung vào các phương pháp xử lý hóa học và sinh học.

1.1Luật xử lý hóa chất

Phương pháp xử lý hóa học đối với ô nhiễm kim loại nặng trong đất PASP là phương pháp sử dụng các đặc tính của các ion kim loại chelat PASP, kết hợp chúng với các ion kim loại nặng, sau đó sử dụng các phương pháp lọc hoặc chiết để tách các chelate kim loại nặng PASP ra khỏi đất, từ đó loại bỏ kim loại nặng khỏi đất. Khi PASP được sử dụng để kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng trong đất thì nó ít bị ảnh hưởng bởi độ pH môi trường. Nghiên cứu của Cao Zhenyu cho thấy khi áp dụng PASP để xử lý dao động rửa trôi đất ô nhiễm thì tốc độ loại bỏ kim loại nặng bằng muối axit polyaspartic cao hơn trong môi trường có pH thấp hơn, đặc biệt là ở pH 1. Trong nghiên cứu về kim loại nặng trong bùn từ Tại Nhà máy xử lý nước thải Taopu ở Thượng Hải, các nhà nghiên cứu nhận thấy PASP có hiệu suất tách tốt đối với các kim loại nặng khác nhau trong bùn ở độ axit vừa phải. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu có quan điểm khác nhau về các loại kim loại nặng có thể được kích hoạt bởi PASP, nhưng họ có thể chứng minh sự phong phú của các loại kim loại nặng chelat từ góc độ phụ. Zhang Hua nhận thấy rằng bằng cách phối hợp với hydrogen peroxide, PASP có thể chiết xuất Zn, Ni, Cu cũng như một số Cd và Cr từ bùn một cách hiệu quả. Fang Yifeng và cộng sự. Qua nghiên cứu nhận thấy PASP có tác dụng chiết tốt đối với các ion kim loại nặng Cd, với tỷ lệ chiết trên 50%, lượng PASP sử dụng càng cao thì hiệu quả chiết càng tốt. Wen Dongdong tin rằng PASP có thể loại bỏ Pb khỏi đất một cách hiệu quả, nhưng tác dụng tăng cường loại bỏ Cu và Cr của nó là không đáng kể; Lý do chính cho kết luận này là PASP thúc đẩy quá trình chuyển hóa các dạng kim loại nặng Cu và Cr trong đất, dẫn đến khả năng di chuyển kém và ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác.

1.2Luật quản lý sinh học

Phương pháp xử lý sinh học đối với ô nhiễm kim loại nặng trong đất PASP đề cập đến việc sử dụng PASP làm phương tiện phụ trợ để xử lý sinh học ô nhiễm kim loại nặng trong đất. Bằng việc tận dụng tác dụng điều hòa của PASP đối với các enzyme sinh học trong cây trồng hoặc tác dụng cải tạo của PASP đối với đất, PASP có thể kết hợp với các ion kim loại như Fe, Zn, Mn trong đất để tạo thành các enzyme sinh học ngoại sinh cho cây trồng, từ đó thúc đẩy quá trình cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng, đồng thời tăng cường khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây trồng, do đó đây là phương pháp kiểm soát kim loại nặng trong đất. Là một tác nhân hiệp đồng được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc, PASP có tác dụng không thể nghi ngờ đối với sự phát triển của cây trồng, mang lại nguồn cảm hứng cho các nhà nghiên cứu trong nghiên cứu xử lý kim loại nặng.

Nghiên cứu của Xu Li cho thấy PASP có thể thúc đẩy sự phát triển của cỏ vetiver, tăng hàm lượng diệp lục trong cỏ vetiver, tăng cường khả năng quang hợp của thực vật, đặc biệt trong điều kiện nồng độ Cu thấp. PASP có thể thúc đẩy sự phát triển của cỏ vetiver và ở một mức độ nào đó làm giảm bớt thiệt hại của Cu đối với mô cỏ vetiver. Zhang Xin và cộng sự. nhận thấy rằng trong một phạm vi nồng độ nhất định, khả năng kích hoạt PASP đối với Pb và Cd tăng lên khi nồng độ PASP tăng; Đồng thời, trong các thí nghiệm trong chậu cho thấy PASP có tác dụng tăng cường đáng kể khả năng xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng do ngô gây ra. Xu Weiwei và cộng sự. tin rằng việc chia sẻ PASP và FeCl3 có tác dụng tốt đối với ô nhiễm Cd và không giống như các tác nhân hóa học khác, việc sử dụng phương pháp xử lý PASP có thể cải thiện đáng kể sự tăng trưởng sinh khối cây trồng. Dou Qiaohui nhận thấy rằng dưới áp lực của Cu và Cd, việc sử dụng muối axit polyaspartic trong cà chua không chỉ có thể cân bằng dinh dưỡng thực vật, cải thiện hoạt động của enzyme trong sinh vật, thúc đẩy tăng trưởng cây trồng mà còn cải thiện chất lượng cà chua, giảm hàm lượng hấp thụ của Cu và Cd, có lợi cho việc quản lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất. 

2. Chất chelat xanh - IDHA

Chất chelat là một trong những hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm hầu hết các ngành công nghiệp như dược phẩm, hóa chất, dệt may, hóa chất hàng ngày, sản xuất giấy, thực phẩm, da, cao su, nông nghiệp, mỏ dầu, khai thác mỏ, xử lý đất, v.v. bao gồm axit ethylenediaminetetraacetic và muối của nó (EDTA), axit hypoaminotriacetic và muối của nó (NTA), axit diethylenetriaminepentaacetic và muối của nó (DTPA), axit citric, axit tartaric, v.v; Trong số đó, EDTA đã trở thành chất tạo phức được sử dụng rộng rãi nhất nhờ khả năng chelat tuyệt vời và hiệu quả chi phí tuyệt vời. Tuy nhiên, quy trình sản xuất EDTA bị ô nhiễm nặng, khó phân hủy trong môi trường tự nhiên, có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và có thể gây rò rỉ các chất kim loại nặng vào hệ thống nước ngầm sau khi ứng dụng, từ đó gây nguy cơ nhất định cho sức khỏe con người. Ngoài ra, nước thải chứa EDTA sẽ mang các kim loại có hại từ bùn dưới nước vào vùng nước sau khi thải ra, gây ra những mối nguy hiểm mới đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái; Do đó, Liên minh Châu Âu đã ban hành các quy định liên quan yêu cầu nồng độ EDTA trong sông phải nằm trong khoảng từ 10 đến 100 μ G/L, với nồng độ 1-10 trong hồ μ G/L là yêu cầu khắt khe nhất trong số tất cả các hợp chất nhân tạo. . Với việc nâng cao nhận thức về môi trường, mọi người đang dần bắt đầu hành động vì vấn đề này. Chỉ thị của EU 1999/476/ECL187/52 nghiêm cấm rõ ràng việc sử dụng EDTA trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, y học và dệt may. Đồng thời, hạn chế sử dụng trong ngành giặt giũ và từng bước tăng cường nghiên cứu về hóa chất xanh. Chỉ trong vài năm, nhiều loại hóa chất mới có đặc tính chelat đã xuất hiện trên toàn thế giới, trong đó IDHA là đại diện cho chúng. IDHA có tính chất hóa học tương đối ổn định và có thể duy trì sự ổn định tốt trong môi trường axit và kiềm mạnh. So với EDTA, nó có hai đặc điểm nổi bật: (1) nó có cấu trúc phối tử axit tetracarboxylic, khả năng chelat vừa phải và dễ dàng đạt được sự chelat và khử chelat của các ion kim loại. Hằng số chelat của các ion kim loại nói chung thấp hơn một chút so với EDTA, nhưng một số ion như Cu2+ có hằng số chelat cao hơn EDTA; (2) Không độc hại, vô hại, quy trình sản xuất sạch, dễ phân hủy sinh học và có thể phân hủy hoàn toàn thành axit amin phân hủy sinh học và axit succinic. Hiện nay, hóa chất này đã dần được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, in và nhuộm, sản xuất giấy, hóa chất sinh hoạt, xử lý nước, ô nhiễm kim loại nặng. Các báo cáo về khắc phục ô nhiễm kim loại nặng trong đất của IDHA chủ yếu tập trung vào các phương pháp xử lý sinh học và hóa học.

2.1Luật quản lý sinh học

Liu Xiaona tin rằng việc xử lý IDHA (muối) cho cây ngô làm tăng đáng kể nồng độ Cd ở các phần trên mặt đất so với đối chứng trống và xử lý EDTA, đồng thời cũng cải thiện đáng kể nồng độ Cu ở các phần trên mặt đất và rễ so với đối chứng trống và EDTA xử lý, giúp đẩy nhanh quá trình quản lý kim loại nặng trong đất. Tian Haoqi đã chứng minh qua các thí nghiệm rằng IDHA (muối) có thể kích hoạt As và Cd cố định trong đất, thúc đẩy thực vật hấp thụ kim loại nặng.

2.2 Luật xử lý hóa chất

Phương pháp xử lý hóa học có đặc điểm là loại bỏ nhanh chóng kim loại nặng ra khỏi đất bị ô nhiễm, được sử dụng rộng rãi và có thể giải quyết triệt để các vấn đề. Tuy nhiên, làm thế nào để tách các chất chelat ra khỏi kim loại nặng một cách hiệu quả và tái chế chúng là một thách thức.

Qua nghiên cứu liên tục, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng IDHA mới có tiềm năng giải quyết các vấn đề nêu trên: (1) IDHA có hiệu quả thải sắt cao. Theo nghiên cứu, hiệu suất tách IDHA (muối) đối với Cd trong bùn nhà máy điện ở những điều kiện nhất định là 68%. Đồng thời, trong điều kiện bổ sung thêm 1,2% axit photphoric, hiệu suất tách IDHA đối với Cu và Ni trong bùn được cải thiện đáng kể, với tỷ lệ chiết vượt trên 90%. Duan Gaoqi qua nghiên cứu nhận thấy IDHA có tác dụng loại bỏ tốt các kim loại nặng trong bùn nhà máy điện, đặc biệt khi tổng tỷ lệ mol của IDHA so với kim loại nặng là 8:1 và thêm một lượng nhỏ H3PO4 thì hiệu quả loại bỏ là tốt nhất . (2) IDHA dễ rửa giải và đạt được sự phân tách. Hu Xiaojun coi IDHA là thành phần chính của giải pháp lọc thân thiện với môi trường. Trong điều kiện độ chua của đất trung tính, IDHA có khả năng rửa giải tốt đối với kim loại nặng trong đất, với tỷ lệ loại bỏ qua một lần lọc trên 90%. Nó có thể rửa giải kim loại nặng trong đất một cách hiệu quả và nhận thấy IDHA có thể bị phân hủy hoàn toàn bởi các vi sinh vật trong môi trường mà không gây ô nhiễm. Nó là một chất lọc xử lý đất kim loại nặng thân thiện với môi trường lý tưởng. (3) IDHA có thể thay đổi các dạng kim loại nặng hiện có và có khả năng giải quyết cơ bản tình trạng ô nhiễm kim loại nặng. Wang Guiyin và cộng sự. qua nghiên cứu đã phát hiện ra rằng IDHA có thể loại bỏ hiệu quả kim loại nặng khỏi đất bị ô nhiễm và giảm nguy cơ tồn dư kim loại nặng đối với môi trường. Nó có thể làm giảm lượng Cd, Pb và Zn hòa tan trong nước, có thể trao đổi và liên kết cacbonat còn sót lại trong đất. Chen Chunle và cộng sự. cũng thu được kết quả tương tự.

3. thăm dò
4.  

So với các chất tạo chelat ion kim loại nặng trong đất hiện có, PASP và IDHA có những đặc điểm riêng: (1) hai chất này có khả năng chelat vừa phải và dễ tách khỏi các ion kim loại nặng hơn trong quá trình xử lý sau này; (2) Hai chất này dễ phân hủy và sản phẩm phân hủy là hỗn hợp axit aspartic và axit maleic, cây trồng hoặc vi sinh vật có thể sử dụng mà không có dư lượng và không gây ô nhiễm hữu cơ cho đất; (3) Hai chất này có tác dụng thúc đẩy sinh học và có thể được sử dụng làm phương tiện phụ trợ để kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng trong đất; (4) Trong số hai chất này, chức năng phương pháp hóa học của IDHA có thể vượt trội hơn chức năng phương pháp sinh học, trong khi PASP thì ngược lại. Thông qua nghiên cứu có liên quan, sự kết hợp của các phương pháp xử lý khác nhau có thể nâng cao hiệu quả hiệu quả kiểm soát ô nhiễm kim loại nặng, chẳng hạn như phương pháp xử lý hỗn hợp chất xử lý vi sinh vật và chất xử lý hóa học, phương pháp xử lý sinh học vật liệu than sinh học (Yatuocao), vi sinh vật zeolit ​​có hoạt tính cao. phương pháp xử lý và phương pháp xử lý vi sinh vật (Aspergillus flavus) thực vật (Ryegrass).

Do đó, tác giả tin rằng sự kết hợp của các sản phẩm trên có thể kết hợp một cách hữu cơ các phương pháp sinh học và hóa học, không chỉ phản ánh tính chất nhanh chóng và hiệu quả của phương pháp hóa học mà còn phản ánh tính an toàn và tính xanh của phương pháp sinh học, đồng thời có thể hình thành một phương pháp mới. hình thức quản lý các phương pháp sinh hóa. Tác giả tin rằng việc áp dụng PASP và IDHA trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất có thể được thực hiện thông qua phương pháp sinh hóa, nghĩa là sau khi cả hai được sử dụng cùng nhau, hiệu suất sinh học của PASP và hiệu suất chiết hóa học của IDHA có thể được thực hiện. được sử dụng để cùng nhau thúc đẩy việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Mặc dù một số báo cáo được đề cập trong nghiên cứu này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, với việc thực hiện các quy định liên quan trong chính sách quốc gia như “Mười nguyên tắc đất” và tăng cường hỗ trợ, triển vọng sử dụng PASP và IDHA để xử lý kim loại nặng đất bị ô nhiễm sẽ ngày càng tốt hơn.