可降解氨基羧酸型螯合剂在重金属污染 土壤修复中的应用进展

申高明 皇改革

摘 要：在修复重金属污染土壤时，使用螯合剂可能会出现一定的安全隐患。因为选择不可降解螯合剂会导致地下水和地表水出现二次污染。而在环保法规的影响下，全球各企业开始生产生物可降解螯合剂，因其安全性更高，所以逐渐取代了非生物降解型螯合剂，如DTPA、EDTA等。本文主要综述了可降解氨基羧酸型螯合剂在重金属污染土壤修复中的应用进展。

关键词：重金属污染;可降解;氨基羧酸型螯合剂;土壤修复

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：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

螯合剂能有效捕捉金属离子，配位原子上的钠或者氢被金属离子所取代，进入螯合环内，进而生成水溶性螯合物，最终被去除[1]。螯合剂包括两种类型：有机类和无机类。有机类包括聚羧酸类、羟基羧酸类、有机膦酸类以及氨基羧酸类等。具有氧原子和氮原子的一类有机化合物则为氨基羧酸类螯合剂，该物质能和大部分金属离子结合，进而生成螯合物。而且该螯合物的稳定性较高，所以在处理重金属污染土壤时，氨基羧酸类螯合剂的应用非常广泛。氨基羧酸类是应用最早的一类有机螯合剂，如二乙三胺五三乙酸（DTPA）、乙二胺四乙酸（EDTA）等，然而有机螯合剂的金属络合物和生物降解性较低，欧盟在2002年5月将DTPA、EDTA纳入了禁用物质内。在环境中，非降解型螯合剂会长时间持续存在，不但会对地下水造成污染，而且会导致饮用水出现二次污染。随着相关法律法规逐渐完善，人们的环保意识、健康意识不断提高，可降解氨基羧酸型螯合剂开始受到更多人的关注。

1 天然可降解氨基羧酸型螯合剂

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剂，在低温和厌氧环境下降解速度较快，具有较高的降解速率。在土壤中，NTA的半衰期一般為3～7d。NTA最早被应用于除垢。有临床研究结果显示，采用NTA虽然能对重金属污染土壤进行有效的植物修复，但是，在对重金属进行活化时，NTA却存在一定的选择性[2]。NTA能让超累积植物有效吸收铅、锌、镉等重金属。在钙质土壤中添加NTA，能显著增加镉、铜、锌的溶解态。与人工合成氨基羧酸型螯合剂相比，在提取土壤中的锌以及砷时，NTA的效果更为理想。

1.2 乙二胺二琥珀酸

乙二胺二琥珀酸（EDDS）作为低毒氨基羧酸型螯合剂，螯合能力较强，能对重金属进行有效活化，能够显著提高其生物有效性，被植物有效吸收，最终提高植物修复的效率。微生物能形成EDDS，降解容易，毒性低。在环境介质中，EDDS只需5～8d就能彻底降解，而且所形成的降解产物不存在危害性，对土壤内真菌和微生物的影响均比较轻微。有学者选择温室盆栽试验，比较EDTA、EDDS对土壤重金属的提取作用，结果发现：采用EDDS能让印度芥菜的重金属吸收效果显著提高，对锌、铜具有较高的活化作用[3]。

2 人工合成可降解氨基羧酸型螯合剂

2.1 亚氨基二琥珀酸

亚氨基二琥珀酸（IDSA）作为生物可降解螯合剂，不但能和金属离子结合，进而生成螯合物，而且螯合物的生物降解性比较理想。IDSA在众多行业中均得到了较为广泛的应用，如石油化工、工业清洗剂、修复重金属污染土壤、制药、化妆用品以及纺织等。有学者利用温室盆栽试验，分析了IDSA对重金属植物吸收效率的影响，结果发现：与EDDS处理、EDTA处理、空白对照相比，玉米植株地在经过IDSA处理后，上部镉浓度显著提高;与EDTA处理、空白对照相比，经IDSA处理后，根部、地上部铜浓度以及地上部锌浓度均显著提高;与空白对照组相比，经IDSA处理后，地上部铅浓度显著提高[4]。

2.2 冬氨酸二乙氧基琥珀酸

冬氨酸二乙氧基琥珀酸（AES）作为新型的螯合剂之一，是在开发绿色环保型螯合剂时所形成的。AES的含氮量显著低于传统螯合剂，其特点主要为生物可降解。有学者采用盆栽试验对比分析了EDTA、AES对重金属污染土壤进行修复的效果[5]。黑麦草在经过AES处理后，对铜、镉、锌的溶解效果均比较理想，地上部的重金属积累量显著增加，显著高于EDTA处理、对照。结果显示：经AES处理，镉、锌能从黑麦草的根部迁移到地上部，在对重金属污染土壤进行植物修复时，AES的潜力巨大。

2.3 谷氨酸N，N-二乙酸

谷氨酸N，N-二乙酸（GLDA）包括两个对映体，分别为D-、L-，其生物降解特性也存在差异，前者的生物降解率较低;后者的生物降解率较高。所以，只能将L-GLDA当成绿色螯合剂替代品。有学者选择电位测定法测定HIDS、GLDA对重金属离子的螯合平衡常数进行测量，结果发现：与HIDS相比，GLDA更容易与金属形成螯合物;GLDA的生态毒性比其他可生物降解的螯合剂、EDTA低，且所形成的金属螯合物稳定性更低。所以，和IDSA、NTA相比，GLDA属于环境友好的生物降解型螯合剂。此外，在钙结合效率方面，GLDA与EDTA类似，比NTA、EDG、EDDS以及IDS等生物降解螯合剂高。

3 结论

通过螯合诱导植物修复重金属污染的土壤，目的是对土壤内的重金属进行有效去除，让土壤在修复后能实现持续利用，不会危害生态环境和人体健康。可生物降解螯合剂不会显著毒害环境，如果螯合剂添加过量，不仅植物无法利用，还会导致土壤内的微量元素被活化，让必需元素流失，最终使植物出现营养不良现象。此外，螯合剂过量会在淋溶作用的影响下进入到地下水，形成二次污染环境。因此，在选择人工螯合剂对重金属污染的土壤进行修复之前，首先应评估周围土壤环境，并严格控制螯合劑施用量，对添加措施进行改进。

参考文献：

[1]李元杰，李林，刘永茂，等.铅锌矿区土壤重金属污染MnFe2O4纳米微粒修复技术研究[J].干旱区资源与环境，2019（1）：101-105.

[2]冯昕悦，王红，王昱璇，等.土壤重金属污染修复研究进展[J].化工管理，2018（31）：83-85.

[3]周川，姜和.土壤重金属污染危害及修复方法探究[J].绿色科技，2018（20）：140-141.

[4]王海兰，徐祥明.微生物燃料电池在土壤修复中的应用与前景[J].生态与农村环境学报，2018（10）：871-879.

[5]董家麟.土壤重金属污染及修复技术综述[J].节能与环保，2018（10）：48-51.