Устойчивое восстановление почв: эффективность и кинетика хелатирующих агентов IDS и GLDA

1. Глобальные проблемы, связанные с загрязнением почв тяжелыми металлами и технологиями их восстановления

Загрязнители тяжелых металлов в почве попадают в организм человека через пищевую цепь и другие каналы, создавая серьезный риск для здоровья человека. Загрязнение почвы тяжелыми металлами стало глобальной проблемой, и его необходимо срочно решать. Исследования и практическое применение технологий восстановления почвы, загрязненной тяжелыми металлами, являются ключом к решению этой проблемы.

Удаление и пассивация в настоящее время являются основными технологиями для эффективного решения проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами. Среди них технология выщелачивания почвы может быстро и эффективно переносить тяжелые металлы из твердой фазы почвы в жидкую фазу, обеспечивая удаление, и поэтому привлекла широкое внимание. Ключом к химическому выщелачиванию является выбор выщелачивающих агентов. Традиционные агенты включают неорганические кислоты, хелатирующие агенты и поверхностно-активные вещества. Однако неорганические кислоты часто повреждают структуру почвы, в то время как обычные хелатирующие агенты (такие как ЭДТА) остаются в почве из-за плохой биодоступности. Поверхностно-активные вещества могут быть дорогими или токсичными. Поэтому существует острая потребность в экологически чистых выщелачивающих агентах с высокой эффективностью, минимальным повреждением почвы и низкой токсичностью.

2. Технические профили зеленых хелатирующих агентов: IDS и GLDA

В последние годы значительное внимание привлекли биоразлагаемые хелатирующие агенты Иминодиянтарная кислота (IDS) и глутаминовая кислота N, N-диуксусная кислота (GLDA). Исследования показывают, что IDS быстро разлагается, 80% распадается всего через 7 дней, и остается стабильным в широком диапазоне pH. GLDA, полученный путем ферментации кукурузного сахара с использованием биомассы в качестве источника углерода, разлагается не менее чем на 60% в течение 28 дней.

IDS считается зеленым химическим веществом, поскольку во время производства не образуется сточных вод или выхлопных газов. GLDA - это зеленый хелатор атомов углерода. Их сильная хелатирующая способность к тяжелым металлам в сочетании с низкой токсичностью и отличной биоразлагаемостью делают их многообещающими кандидатами на устойчивое восстановление почвы.

3. Текущий исследовательский прогресс в области биоразлагаемого выщелачивания почв

BEGUM и др. провели первые исследования с использованием IDS и GLDA для восстановления почвы, показав, что они эффективно удаляют Cu, Cd, Zn, Ni и Pb, служа жизнеспособной заменой EDTA. WU и др. обнаружили высокую эффективность элюирования Cd, Ni и Cu в промышленном иле, хотя эффективность Zn была ниже. Было обнаружено, что такие факторы, как время, pH и концентрация, значительно влияют на производительность.

Исследования Сюй Дайонга и др. показали, что GLDA превосходит лимонную кислоту в выщелачивании Cd, Cu, Pb и Ni из осадков сточных вод. Кроме того, Hu Zaoshi и др. показали, что GLDA более эффективен, чем EDTA, в выщелачивании хрома при низких концентрациях. GLDA также может действовать как химический усилитель фиторемедиации, способствуя росту Sedum alfredii и Solanum nigrum при одновременном улучшении экстракции металлов. Эти результаты подтверждают, что IDS и GLDA могут удалять тяжелые металлы, не влияя негативно на рост сельскохозяйственных культур при соответствующих дозах.

4. Экспериментальная методология: кинетика выщелачивания и элюция колебаний

Несмотря на их потенциал, отчеты об IDS и GLDA для восстановления почвы остаются ограниченными, особенно в отношении кинетики выщелачивания. В этом исследовании метод элюирования колебаний использовался для соответствия кинетике с использованием уравнения Эловича, уравнения двойной постоянной и кинетического уравнения первого порядка. В исследовании изучалось влияние концентрации и pH на удаление Cd, Pb и Zn и анализировались изменения видообразования тяжелых металлов до и после элюирования.

5. Оптимизация параметров выщелачивания: время, концентрация и pH

В ходе исследования были получены следующие выводы, касающиеся оптимизации процесса:

• Время и концентрация: эффективность элюирования увеличивается со временем (5-720 мин) и концентрацией (0-20 ммоль · л ⁻ ¹). Элович и двойные постоянные уравнения обеспечивают наилучшее соответствие процессу.
  

• Эффекты pH: эффективность следовала "колоколообразной кривой", когда pH увеличивался с 3 до 10, сначала увеличиваясь, а затем уменьшаясь.
  

• Оптимальные условия: Оптимальная концентрация 10 ммоль · л ⁻ ¹ при pH 5. Оптимальное время 240 мин для IDS и 360 мин для GLDA. В этих условиях GLDA показал большую способность удаления для Cd и Pb, в то время как IDS был более эффективен для Zn.
  

6. Воздействие на спецификацию тяжелых металлов и снижение риска для окружающей среды

Анализ почвенных форм показал, что IDS и GLDA эффективно удаляют более активные кислоторастворимые и восстанавливаемые фракции Cd, Pb и Zn. Хотя их способность удалять окисляемые и остаточные формы ограничена, значительное снижение наиболее подвижных фракций эффективно снижает непосредственный экологический риск и биодоступность тяжелых металлов в почве.

Партнер с Yuanlian Chemical для устойчивого восстановления

В Yuanlian Chemical мы специализируемся на производстве высокочистых биоразлагаемых хелатирующих агентов для защиты окружающей среды и устойчивого сельского хозяйства. Наши решения IDS и GLDA разработаны для обеспечения максимальной секвестрации металлов с нулевым воздействием на окружающую среду.