Nachhaltige Bodensanierung: Effizienz und Kinetik von IDS & GLDA Chelatbildnern

1. Globale Herausforderungen bei der Verschmutzung von Böden durch Schwermetalle und Sanierungstechnologien

Schwermetallschadstoffe im Boden gelangen über die Nahrungskette und andere Kanäle in den menschlichen Körper und stellen eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Die Schwermetallverschmutzung im Boden ist zu einem globalen Problem geworden und muss dringend angegangen werden. Die Erforschung und praktische Anwendung von schwermetallbelasteten Bodensanierungstechnologien sind der Schlüssel zur Lösung dieses Problems.

Entfernung und Passivierung sind derzeit die wichtigsten Technologien zur wirksamen Bekämpfung der Schwermetallverschmutzung im Boden. Mit der Bodenauslaugungstechnologie können Schwermetalle schnell und effizient von der festen Phase des Bodens in die flüssige Phase übertragen werden, wodurch eine Entfernung erreicht wird, und sie hat daher große Aufmerksamkeit erregt. Der Schlüssel zur chemischen Auslaugung ist die Auswahl der Auslaugungsmittel. Zu den herkömmlichen Mitteln gehören anorganische Säuren, Chelatbildner und Tenside. Anorganische Säuren schädigen jedoch häufig die Bodenstruktur, während gängige Chelatbildner (wie EDTA) aufgrund der schlechten Bioverfügbarkeit im Boden verbleiben. Tenside können teuer oder giftig sein. Daher besteht ein dringender Bedarf an umweltfreundlichen Auslaugungsmitteln mit hoher Effizienz, minimalen Bodenschäden und geringer Toxizität.

2. Technische Profile von grünen Chelatbildnern: IDS und GLDA

In den letzten Jahren haben die biologisch abbaubaren Chelatbildner Iminodibernsteinsäure (IDS) und Glutaminsäure N, N-Diessigsäure (GLDA) große Aufmerksamkeit erregt. Studien zeigen, dass IDS schnell abgebaut wird, wobei 80% nach nur 7 Tagen abgebaut werden, und über einen weiten pH-Bereich stabil bleibt. GLDA, das aus der Gärung von Maiszucker unter Verwendung von Biomasse als Kohlenstoffquelle hergestellt wird, wird innerhalb von 28 Tagen zu mindestens 60% abgebaut.

IDS gilt als grüne Chemikalie, da bei der Produktion kein Abwasser oder Abgas entsteht. GLDA ist ein grüner Kohlenstoff-Atom-Chelator. Ihre starke Chelatbildungskapazität für Schwermetalle in Verbindung mit geringer Toxizität und hervorragender biologischer Abbaubarkeit machen sie zu vielversprechenden Kandidaten für eine nachhaltige Bodensanierung.

3. Aktuelle Forschungsfortschritte bei der biologisch abbaubaren Bodenauswaschung

BEGUM et al. führten die ersten Studien mit IDS und GLDA zur Bodensanierung durch und zeigten, dass sie Cu, Cd, Zn, Ni und Pb effektiv entfernten und als brauchbarer Ersatz für EDTA dienten. WU et al. fanden hohe Elutionseffizienzen für Cd, Ni und Cu in Industrieschlamm, obwohl die Zn-Effizienz geringer war. Es wurde festgestellt, dass Faktoren wie Zeit, pH-Wert und Konzentration die Leistung erheblich beeinflussen.

Untersuchungen von Xu Dayong et al. zeigten, dass GLDA die Zitronensäure bei der Auslaugung von Cd, Cu, Pb und Ni aus Klärschlamm übertrifft. Darüber hinaus zeigten Hu Zaoshi et al., dass GLDA bei der Auslaugung von Chrom in niedrigen Konzentrationen effizienter war als EDTA. GLDA kann auch als chemischer Verstärker für die Phytosanierung wirken und das Wachstum von Sedum alfredii und Solanum nigrum fördern und gleichzeitig die Metallextraktion verbessern. Diese Ergebnisse bestätigen, dass IDS und GLDA Schwermetalle entfernen können, ohne das Pflanzenwachstum bei geeigneter Dosierung negativ zu beeinflussen.

4. Experimentelle Methodik: Auslaugungskinetik und Oszillationselution

Trotz ihres Potenzials sind die Berichte über IDS und GLDA für die Bodensanierung nach wie vor begrenzt, insbesondere was die Auslaugungskinetik betrifft. In dieser Studie wurde die Oszillations-Elutionsmethode verwendet, um die Kinetik mit Hilfe der Elovich-Gleichung, der doppelten konstanten Gleichung und der kinetischen Gleichung erster Ordnung anzupassen. Die Forschung untersuchte die Auswirkungen von Konzentration und pH-Wert auf die Entfernung von Cd, Pb und Zn und analysierte Veränderungen der Schwermetallspeziation vor und nach der Elution.

5. Optimierung der Auslaugungsparameter: Zeit, Konzentration und pH-Wert

Die Studie ergab folgende Erkenntnisse zur Prozessoptimierung:

• Zeit und Konzentration: Die Elutionseffizienz nahm mit der Zeit (5-720 min) und der Konzentration (0-20 mmol · L ¹) zu. Die Elovich- und die Doppelkonstantengleichung boten die beste Anpassung für den Prozess.
  

• pH-Effekte: Der Wirkungsgrad folgte einer "Glockenkurve", als der pH-Wert von 3 auf 10 anstieg, zunächst anstieg und dann sank.
  

• Optimale Bedingungen: Die optimale Konzentration wurde mit 10 mmol-L ¹ bei pH 5 ermittelt. Die optimalen Zeiten waren 240 min für IDS und 360 min für GLDA. Unter diesen Bedingungen zeigte GLDA eine größere Entfernungsfähigkeit für Cd und Pb, während IDS für Zn effektiver war.
  

6. Auswirkungen auf die Schwermetallspeziation und Verringerung von Umweltrisiken

Die Analyse der Bodenformen zeigte, dass IDS und GLDA die aktiveren säurelöslichen und reduzierbaren Fraktionen von Cd, Pb und Zn wirksam entfernen. Während ihre Fähigkeit, oxidierbare und Restformen zu entfernen, begrenzt ist, senkt die signifikante Reduzierung der mobilsten Fraktionen effektiv das unmittelbare Umweltrisiko und die Bioverfügbarkeit von Schwermetallen im Boden.

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