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聚天冬氨酸和亚氨基二beplay苹果下载盐农业应用进展

发布时间:2017/08/02 点击量:0

焦永康 李文曦

(河北协同环保科技股份有限公司(原德赛化工),河北石家庄 050000)

摘要:本文总结了绿色化学品聚天冬氨酸和亚氨基二beplay苹果下载盐在农业增效和重金属污染土壤治理方面应用的阶段性成果,并对河北协同环保科技股份有限公司就该产品的研究工作进行了简要介绍。

关键词:聚天冬氨酸 亚氨基二beplay苹果下载盐 农业增产 土壤修复

  土壤是人类赖以生存的资源之一,是生态环境的重要组成部分。在改造自然的进程中,特别是随着20世纪有机合成技术的发展,化工污染对环境的破坏日趋严重,土壤重金属污染问题极为突出。据我国农业部进行的全国调查发现,污灌区在全国存在约140万hm2,其中重金属污染区约91万hm2,并且在污灌区内种植的粮食基本都受了污染。据不完全统计,我国每年因此导致粮食减产1000万吨以上,并且多达1200万吨成熟粮食受到重金属的污染,损失超过200亿元。

  在这样的背景下,20世纪90年代绿色化学诞生并快速发展。绿色化学的核心是利用化学知识和技术预防污染,从源头消除污染,避免或减少废物的产生。在这个基础上,世界各发达国家从环保和可持续发展角度出发,都大力加强了对绿色化学的研究,我国相关方面的科研活动也越来越热。在上述因素共同推动下,海洋生物仿生产品聚天冬氨酸和新型绿色螯合剂亚氨基二beplay苹果下载盐应运而生。

1.仿生化学品—聚天冬氨酸

聚天冬氨酸是受海洋动物代谢启发(海洋有壳软体动物在其外壳形成期间利用母体的蛋白化合物控制碳酸钙结晶过程)而研制成功的一种类生物高分子物质。该产品是水溶性氨基酸聚合物,具有优异的肥料增效性和中等程度的金属螯合性能,因此被广泛应用于各种形式的肥料中。除此之外,聚天冬氨酸制造工艺清洁,在环境中可被微生物高效、稳定地降解为无害物质,不会在土壤环境中残留,并且能够与许多金属离子形成配位物[1],被认为是“环境友好”型绿色螯合物和肥料增效剂[2,3]。

1.1农业增产应用进展

进入21世纪后,国内诸多学者对聚天冬氨酸在各种作物上[4-10]的应用展开了研究;在这些相关报道中,聚天冬氨酸对多种作物的主要生产测量指标均有较为显著的提高,确认了聚天冬氨酸对农作物的增产特性。

而后,对聚天冬氨酸改良土壤和提高作物品质等方面的研究也取得进展。如雷占奎等[11]发现在施用聚天冬氨酸的地块土壤中有机质含量提高了10.43%,全氮含量提高了6.87%,土壤的速效磷和速效钾分别提高了11.76%和25.52%,并发现土壤的物理性粘粒增加了1.725%,可以改善土粒结构。河北协同环保科技股份有限公司[12]研究发现:在适当的比例下,钙和锰能够相互促进,不但能够增加作物产量,而且在防止作物部分生理性病害方面有突出功能,并能改善果蔬的品质。

与此同时,部分学者还对聚天冬氨酸提高作物的抗逆性进行了研究。刘京萍等[13]发现聚天冬氨酸锰(Ⅱ)可以增加干旱条件下菠菜叶片中抗氧化酶(SOD、POD和CAT)的含量,并且对MDA的产生有抑制作用,可以有效促进菠菜发芽和提高幼苗期菠菜抗旱的能力。此外,刘京萍等[14]还以油菜作为研究对象,通过研究发现在盐碱胁迫下,聚天冬氨酸锰(Ⅱ)能增加抗氧化酶的活性,并能增加叶片中叶绿素的含量,而这些物质的增加对作物的抗盐碱能力有很好的帮助。

1.2土壤修复方面研究

由于其独特的螯合金属离子的功能,国内学者积极尝试聚天冬氨酸应用于重金属污染土壤的治理,并证实了其在该方面的优越性。曹振宇[15]在聚天冬氨酸对人工模拟污染土的振荡淋洗实验中发现聚天冬氨酸在较低的pH环境下,有较好的淋洗效果;在pH=1时,聚天冬氨酸对重金属的去除率较高。

张华[16]利用聚天冬氨酸作为重金属去除剂,在针对上海市桃浦污水处理厂污泥重金属所做的研究中发现:在中等酸度下,聚天冬氨酸对污泥中的Zn、Cd、Ni、Cu有良好的萃取性能;与过氧化氢共同作用,聚天冬氨酸可以有效地萃取出污泥中的Zn、Ni、Cu,并萃取出部分Cd和Cr。

许丽[17]在研究中发现聚天冬氨酸能够促进香根草的生长,增加香根草的叶绿素含量,加强植物的光合作用;对水中NH4+-N, N03--N, TN的去除效果与聚天冬氨酸的浓度有关;在Cu2+低浓度下,聚天冬氨酸可以促进香根草的生长,并能在一定程度上缓解Cu2+对香根草组织的伤害。  

张鑫等[18]在研究中发现:在一定浓度范围内,聚天冬氨酸对Pb和Cd的活化能力随聚天冬氨酸添加浓度的增加而增加;其在盆栽实验中发现聚天冬氨酸对玉米修复重金属污染土壤有明显的强化作用。

方一丰等[19]通过研究认为聚天冬氨酸对金属离子Cd、Zn和Ca均有较好的提取率,均超过50%,并且络合剂/重金属的摩尔比越高,提取效果越好,受pH的影响就越少,提取速率开始比较快,而后趋于平缓。

2.亚氨基二beplay苹果下载盐

重金属元素在土壤中会多与铁锰等以混合物的形式存在于土壤中,形成的物质形态稳定、不能被土壤中微生物降解,经植物吸收、人体食用后缓慢累积,会引起重金属中毒[20],所以对于受到重金属污染的土壤,需要进行人为修复,减少重金属造成的危害。目前,对于重金属污染的土壤,主要修复方法有:物理换土、化学稳固化、化学淋洗、植物修复和微生物修复等[21]。其中,化学淋洗可以快速将污染土壤中的重金属去除,是比较可靠而且彻底的方法。

化学淋洗修复技术先用化学试剂和水制成淋洗剂,然后通过重力作用使淋洗剂通过被重金属污染的土壤,淋洗剂和重金属元素发生反应使之溶解被迁移带出,携带有重金属的淋洗液再进一步进行污水处理。普通淋洗液在酸性条件下对重金属的溶解作用强,但对土壤的破坏作用也很强。EDTA、NTA等络合剂可以在中性条件下溶解重金属,但这些络合剂难以生物降解,大量使用会产生新的污染。因此,该方法的关键是找到一种既能提取重金属,又不破坏土壤结构、不造成后续污染的淋洗液。

亚氨基二beplay苹果下载盐,由德国拜耳公司实现产业化,并荣获2001年美国“总统绿色化学挑战奖”,并有相关的标准颁布[22]。该物质是一种新型的生物可降解螯合剂,不仅能和金属离子形成螯合物,而且螯合物具有良好的生物可降解性能。胡晓钧[23]将亚氨基二beplay苹果下载盐作为环保淋洗液的主要成分,经研究发现:在土壤酸度为中性条件下,亚氨基二beplay苹果下载盐对土壤中的重金属都有很好的洗脱能力,单次淋洗去除率均高于90%,能高效洗脱土壤中的重金属,修复被污染土壤;并发现亚氨基二beplay苹果下载盐在环境中能够完全被微生物降解,不会对环境造成污染,是一种理想的环保型重金属土壤修复淋洗物质。

在其它相关报道中,吴长彧[24]通过对亚氨基二beplay苹果下载性能的研究发现:亚氨基二beplay苹果下载盐在土壤中鳌合金属离子的性能与EDTA差不多,对于某些特定的金属而言甚至强于EDTA,而且具有可降解性,可用于土壤中重金属的萃取。刘晓娜[25]通过温室盆栽试验对亚氨基二beplay苹果下载盐在促进植物吸收重金属的效率方面进行了研究,研究数据显示亚氨基二beplay苹果下载盐处理后玉米植株地上部镉浓度显著大于空白对照和EDTA处理;地上部锌浓度、地上部和根部铜浓度均显著大于空白对照和EDTA处理。Tandy等[26]通过对萃取动力学方面的研究发现,亚氨基二beplay苹果下载盐首先增加对Zn的溶解,但是30小时溶液中Zn的浓度减少,对于Cu的萃取也是这样,这是由于亚氨基二beplay苹果下载盐在体系中降解所造成的。

3.总结与展望

聚天冬氨酸自2000年河北协同环保科技股份有限公司在国内实现工业化之后,开始受到了各界的广泛关注。特别是到2005年,山东禹城多肽尿素的成功生产更是将其在农业方面的应用推上了一个新的台阶,广泛应用到诸多大型肥料企业;在随后的几年间,聚天冬氨酸经过河北协同环保科技股份有限公司的不断开拓发展,目前已经形成了十几个产品类别,并申请了多项国家专利[27-29],为聚天冬氨酸产品在农业上的应用做出了巨大贡献。随着产品的开发和应用技术的日益拓展,聚天冬氨酸的应用开始向其他行业延伸,本文中提到的对重金属污染的治理也是其中之一。

亚氨基二beplay苹果下载盐作为新兴的化学物质,具有环保、绿色、易降解的特点,是传统络合剂的更新换代产品,可以在某些行业代替EDTA的应用。河北协同环保科技股份有限公司于2013年实现工业化生产,用新开发的工艺路线打破了国外公司的垄断,在肥料、日化、皮革、金属切割液等行业实现了应用,并拥有国家发明专利和国际专利[30]。

与现有的土壤重金属离子螯合剂相比,聚天冬氨酸及亚氨基二beplay苹果下载盐具有其独特之处:首先,这两个产品具有中等络合能力,在后期处理中比较容易与重金属离子分离;其次,这两个产品容易降解,降解后重金属离子会被土壤胶团所固定,使得重金属离子不易发生淋溶。这样就增加了人们按自己意愿对其控制的可能性。

虽然本文中提到的报道多处于研究阶段,但相信经过大家的共同努力,聚天冬氨酸与亚氨基二beplay苹果下载盐用来治理重金属污染土壤会拥有非常光明的未来。作为聚天冬氨酸和亚基二beplay苹果下载盐国内的主要生产商和应用推广者,河北协同环保科技股份有限公司愿与广大的团体、专家合作,共同推动绿色化学品的应用和绿色化学的发展,为改善我们赖以生存的环境奉献力量。

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