Bonifica sostenibile del suolo: efficienza e cinetica degli agenti chelanti IDS e GLDA

1. Sfide globali nell'inquinamento da metalli pesanti del suolo e nelle tecnologie di bonifica

Gli inquinanti di metalli pesanti nel suolo entrano nel corpo umano attraverso la catena alimentare e altri canali, ponendo gravi rischi per la salute umana. L'inquinamento da metalli pesanti nel suolo è diventato una preoccupazione globale e deve essere affrontato con urgenza. La ricerca e l'applicazione pratica delle tecnologie di bonifica del suolo contaminate da metalli pesanti sono fondamentali per risolvere questo problema.

La rimozione e la passivazione sono attualmente le principali tecnologie per affrontare efficacemente l'inquinamento da metalli pesanti nel suolo. Tra queste, la tecnologia di lisciviazione del suolo può trasferire rapidamente ed efficacemente i metalli pesanti dalla fase solida del suolo alla fase liquida, ottenendo la rimozione, e ha quindi attirato l'attenzione diffusa. La chiave della lisciviazione chimica è la selezione degli agenti di lisciviazione. Gli agenti tradizionali includono acidi inorganici, agenti chelanti e tensioattivi. Tuttavia, gli acidi inorganici spesso danneggiano la struttura del suolo, mentre gli agenti chelanti comuni (come EDTA) rimangono nel suolo a causa della scarsa biodisponibilità. I tensioattivi possono essere costosi o tossici. Pertanto, c'è un urgente bisogno di agenti di lisciviazione rispettosi dell'ambiente con alta efficienza, danni minimi al suolo e bassa tossicità.

2. Profili tecnici degli agenti chelanti verdi: IDS e GLDA

Negli ultimi anni, gli agenti chelanti biodegradabili acido iminodisuccinico (IDS) e acido glutammico N, acido N-diacetico (GLDA) hanno attirato notevole attenzione. Gli studi dimostrano che IDS degrada rapidamente, con 80% abbattere dopo soli 7 giorni, e rimane stabile su un ampio intervallo di pH. GLDA, prodotto dalla fermentazione dello zucchero di mais utilizzando biomassa come fonte di carbonio, vede almeno 60% degradazione entro 28 giorni.

IDS è considerato una sostanza chimica verde in quanto non produce acque reflue o gas di scarico durante la produzione. GLDA è un chelante di atomi di carbonio verde. La loro forte capacità chelante per i metalli pesanti, combinata con una bassa tossicità e un'eccellente biodegradabilità, li rende candidati promettenti per la bonifica sostenibile del suolo.

3. Attuali progressi della ricerca sulla lisciviazione del suolo biodegradabile

BEGUM et al. hanno condotto i primi studi utilizzando IDS e GLDA per la bonifica del suolo, dimostrando che hanno effettivamente rimosso Cu, Cd, Zn, Ni e Pb, fungendo da validi sostituti per EDTA. WU et al. hanno trovato elevate efficienze di eluizione per Cd, Ni e Cu nei fanghi industriali, sebbene l'efficienza dello Zn fosse inferiore. Fattori come tempo, pH e concentrazione sono stati trovati per influenzare significativamente le prestazioni.

La ricerca di Xu Dayong et al. ha dimostrato che GLDA supera l'acido citrico nella lisciviazione di Cd, Cu, Pb e Ni dai fanghi di depurazione. Inoltre, Hu Zaoshi et al. hanno dimostrato che GLDA era più efficiente dell'EDTA nella lisciviazione del cromo a basse concentrazioni. GLDA può anche agire come potenziatore chimico per il fitorisanamento, promuovendo la crescita di Sedum alfredii e Solanum nigrum migliorando l'estrazione dei metalli. Questi risultati confermano che IDS e GLDA possono rimuovere i metalli pesanti senza influenzare negativamente la crescita delle colture a dosaggi appropriati.

4. Metodologia sperimentale: cinetica di lisciviazione e eluizione di oscillazione

Nonostante il loro potenziale, i rapporti su IDS e GLDA per la bonifica del suolo rimangono limitati, in particolare per quanto riguarda la cinetica di lisciviazione. In questo studio, il metodo di eluizione per oscillazione è stato utilizzato per adattare la cinetica utilizzando l'equazione di Elovich, l'equazione a doppia costante e l'equazione cinetica del primo ordine. La ricerca ha esplorato gli effetti della concentrazione e del pH sulla rimozione di Cd, Pb e Zn e ha analizzato i cambiamenti nella speciazione dei metalli pesanti prima e dopo l'eluizione.

5. Ottimizzazione dei parametri di lisciviazione: tempo, concentrazione e pH

Lo studio ha prodotto i seguenti risultati per quanto riguarda l'ottimizzazione del processo:

• Tempo e concentrazione: l'efficienza di eluizione è aumentata con il tempo (5-720 min) e la concentrazione (0-20 mmol · L ¹). Le equazioni di Elovich e della doppia costante hanno fornito la soluzione migliore per il processo.
  

• Effetti del pH: l'efficienza ha seguito una "curva a campana" quando il pH è aumentato da 3 a 10, prima aumentando e poi diminuendo.
  

• Condizioni ottimali: La concentrazione ottimale è stata identificata come 10 mmol · L ¹ a pH 5. I tempi ottimali erano 240 min per IDS e 360 min per GLDA. In queste condizioni, GLDA ha mostrato una maggiore capacità di rimozione per Cd e Pb, mentre IDS era più efficace per Zn.
  

6. Impatto sulla speciazione dei metalli pesanti e sulla riduzione del rischio ambientale

L'analisi delle forme del suolo ha mostrato che IDS e GLDA rimuovono efficacemente le frazioni più attive solubili in acido e riducibili di Cd, Pb e Zn. Mentre la loro capacità di rimuovere le forme ossidabili e residue è limitata, la significativa riduzione delle frazioni più mobili abbassa efficacemente il rischio ambientale immediato e la biodisponibilità dei metalli pesanti nel suolo.

Collaborazione con Yuanlian Chemical per la bonifica sostenibile

In Yuanlian Chemical, siamo specializzati nella produzione di agenti chelanti biodegradabili ad alta purezza per supportare la protezione ambientale e l'agricoltura sostenibile. Le nostre soluzioni IDS e GLDA sono progettate per fornire il massimo sequestro dei metalli con zero impatto ambientale.