可降解氨基羧酸型螯合劑在重金屬污染 土壤修復中的應用進展

申高明 皇改革

摘 要：在修復重金屬污染土壤時，使用螯合劑可能會出現一定的安全隱患。因為選擇不可降解螯合劑會導致地下水和地表水出現二次污染。而在環保法規的影響下，全球各企業開始生產生物可降解螯合劑，因其安全性更高，所以逐漸取代了非生物降解型螯合劑，如DTPA、EDTA等。本文主要綜述了可降解氨基羧酸型螯合劑在重金屬污染土壤修復中的應用進展。

關鍵詞：重金屬污染;可降解;氨基羧酸型螯合劑;土壤修復

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0139-02

Progress in Application of Degradable Aminocarboxylic Acid

Chelating Agent in Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil

SHEN Gaoming HUANG Gaige

（Henan Huace Testing Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： In the remediation of heavy metal contaminated soil， the use of chelating agents may present some potential safety hazards. Because the choice of non-degradable chelating agent will lead to secondary pollution of groundwater and surface water. Under the influence of environmental regulations， companies around the world began to produce biodegradable chelating agents. Because of their higher safety， they gradually replaced non-biodegradable chelating agents， such as DTPA， EDTA and so on. The application of degradable aminocarboxylic acid chelating agents in remediation of heavy metal contaminated soil was reviewed in this paper.

Keywords： heavy metal pollution;degradable;amino carboxylic acid chelating agent;soil remediation

螯合劑能有效捕捉金屬離子，配位原子上的鈉或者氫被金屬離子所取代，進入螯合環內，進而生成水溶性螯合物，最終被去除[1]。螯合劑包括兩種類型：有機類和無機類。有機類包括聚羧酸類、羥基羧酸類、有機膦酸類以及氨基羧酸類等。具有氧原子和氮原子的一類有機化合物則為氨基羧酸類螯合劑，該物質能和大部分金屬離子結合，進而生成螯合物。而且該螯合物的穩定性較高，所以在處理重金屬污染土壤時，氨基羧酸類螯合劑的應用非常廣泛。氨基羧酸類是應用最早的一類有機螯合劑，如二乙三胺五三乙酸（DTPA）、乙二胺四乙酸（EDTA）等，然而有機螯合劑的金屬絡合物和生物降解性較低，歐盟在2002年5月將DTPA、EDTA納入了禁用物質內。在環境中，非降解型螯合劑會長時間持續存在，不但會對地下水造成污染，而且會導致飲用水出現二次污染。隨著相關法律法規逐漸完善，人們的環保意識、健康意識不斷提高，可降解氨基羧酸型螯合劑開始受到更多人的關注。

1 天然可降解氨基羧酸型螯合劑

1.1 二乙基三乙酸

二乙基三乙酸（NTA）是天然的可降解氨基羧酸型螯合劑，在低溫和厭氧環境下降解速度較快，具有較高的降解速率。在土壤中，NTA的半衰期一般為3～7d。NTA最早被應用于除垢。有臨床研究結果顯示，采用NTA雖然能對重金屬污染土壤進行有效的植物修復，但是，在對重金屬進行活化時，NTA卻存在一定的選擇性[2]。NTA能讓超累積植物有效吸收鉛、鋅、鎘等重金屬。在鈣質土壤中添加NTA，能顯著增加鎘、銅、鋅的溶解態。與人工合成氨基羧酸型螯合劑相比，在提取土壤中的鋅以及砷時，NTA的效果更為理想。

1.2 乙二胺二琥珀酸

乙二胺二琥珀酸（EDDS）作為低毒氨基羧酸型螯合劑，螯合能力較強，能對重金屬進行有效活化，能夠顯著提高其生物有效性，被植物有效吸收，最終提高植物修復的效率。微生物能形成EDDS，降解容易，毒性低。在環境介質中，EDDS只需5～8d就能徹底降解，而且所形成的降解產物不存在危害性，對土壤內真菌和微生物的影響均比較輕微。有學者選擇溫室盆栽試驗，比較EDTA、EDDS對土壤重金屬的提取作用，結果發現：采用EDDS能讓印度芥菜的重金屬吸收效果顯著提高，對鋅、銅具有較高的活化作用[3]。

2 人工合成可降解氨基羧酸型螯合劑

2.1 亞氨基二琥珀酸

亞氨基二琥珀酸（IDSA）作為生物可降解螯合劑，不但能和金屬離子結合，進而生成螯合物，而且螯合物的生物降解性比較理想。IDSA在眾多行業中均得到了較為廣泛的應用，如石油化工、工業清洗劑、修復重金屬污染土壤、制藥、化妝用品以及紡織等。有學者利用溫室盆栽試驗，分析了IDSA對重金屬植物吸收效率的影響，結果發現：與EDDS處理、EDTA處理、空白對照相比，玉米植株地在經過IDSA處理后，上部鎘濃度顯著提高;與EDTA處理、空白對照相比，經IDSA處理后，根部、地上部銅濃度以及地上部鋅濃度均顯著提高;與空白對照組相比，經IDSA處理后，地上部鉛濃度顯著提高[4]。

2.2 冬氨酸二乙氧基琥珀酸

冬氨酸二乙氧基琥珀酸（AES）作為新型的螯合劑之一，是在開發綠色環保型螯合劑時所形成的。AES的含氮量顯著低于傳統螯合劑，其特點主要為生物可降解。有學者采用盆栽試驗對比分析了EDTA、AES對重金屬污染土壤進行修復的效果[5]。黑麥草在經過AES處理后，對銅、鎘、鋅的溶解效果均比較理想，地上部的重金屬積累量顯著增加，顯著高于EDTA處理、對照。結果顯示：經AES處理，鎘、鋅能從黑麥草的根部遷移到地上部，在對重金屬污染土壤進行植物修復時，AES的潛力巨大。

2.3 谷氨酸N，N-二乙酸

谷氨酸N，N-二乙酸（GLDA）包括兩個對映體，分別為D-、L-，其生物降解特性也存在差異，前者的生物降解率較低;后者的生物降解率較高。所以，只能將L-GLDA當成綠色螯合劑替代品。有學者選擇電位測定法測定HIDS、GLDA對重金屬離子的螯合平衡常數進行測量，結果發現：與HIDS相比，GLDA更容易與金屬形成螯合物;GLDA的生態毒性比其他可生物降解的螯合劑、EDTA低，且所形成的金屬螯合物穩定性更低。所以，和IDSA、NTA相比，GLDA屬于環境友好的生物降解型螯合劑。此外，在鈣結合效率方面，GLDA與EDTA類似，比NTA、EDG、EDDS以及IDS等生物降解螯合劑高。

3 結論

通過螯合誘導植物修復重金屬污染的土壤，目的是對土壤內的重金屬進行有效去除，讓土壤在修復后能實現持續利用，不會危害生態環境和人體健康。可生物降解螯合劑不會顯著毒害環境，如果螯合劑添加過量，不僅植物無法利用，還會導致土壤內的微量元素被活化，讓必需元素流失，最終使植物出現營養不良現象。此外，螯合劑過量會在淋溶作用的影響下進入到地下水，形成二次污染環境。因此，在選擇人工螯合劑對重金屬污染的土壤進行修復之前，首先應評估周圍土壤環境，并嚴格控制螯合劑施用量，對添加措施進行改進。

參考文獻：

[1]李元杰，李林，劉永茂，等.鉛鋅礦區土壤重金屬污染MnFe2O4納米微粒修復技術研究[J].干旱區資源與環境，2019（1）：101-105.

[2]馮昕悅，王紅，王昱璇，等.土壤重金屬污染修復研究進展[J].化工管理，2018（31）：83-85.

[3]周川，姜和.土壤重金屬污染危害及修復方法探究[J].綠色科技，2018（20）：140-141.

[4]王海蘭，徐祥明.微生物燃料電池在土壤修復中的應用與前景[J].生態與農村環境學報，2018（10）：871-879.

[5]董家麟.土壤重金屬污染及修復技術綜述[J].節能與環保，2018（10）：48-51.