馮亞莉

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 451150）

綠色水處理劑聚天冬氨酸的研究進(jìn)展

馮亞莉

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 451150）

聚天冬氨酸在水處理方面具有較好的緩蝕、阻垢等性能，而且無(wú)毒、易降解，是一種綠色水處理劑，是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。主要介紹了聚天冬氨酸的制備方法、性能及應(yīng)用等。

聚天冬氨酸；制備方法；性能；應(yīng)用

聚天冬氨酸具有和蛋白質(zhì)類似的肽鍵結(jié)構(gòu)，在微生物、真菌等作用下容易發(fā)生斷裂而降解，最終的降解產(chǎn)物為CO2和水，對(duì)環(huán)境友好，因此可以替代許多對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)品，被人們譽(yù)為“綠色”產(chǎn)品，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

在水處理領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究和開發(fā)的熱點(diǎn)是環(huán)境友好型水處理劑，即綠色水處理劑。聚天冬氨酸（PASP）是一種新型綠色高分子水處理劑，最初由美國(guó)Donlar公司于20世紀(jì)90年代初所開發(fā)。由于聚天冬氨酸結(jié)構(gòu)中含有大量的酰胺基和羧基，可以和多種金屬離子螯合形成絡(luò)合物，且分子中含有較多的孤電子對(duì)和極性基團(tuán)，因此在抑制金屬的腐蝕方面具有較好的作用，且能有效地抑制CaSO4和CaCO3的形成，是一種效果良好的環(huán)境友好型高分子綠色水處理劑。近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，聚天冬氨酸的無(wú)毒、易降解的性能逐漸在世界各國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，其中以美國(guó)、德國(guó)以及日本等國(guó)家的研究最為活躍，美國(guó)和德國(guó)已經(jīng)有工業(yè)裝置投入大批量生產(chǎn)。在我國(guó)，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，聚天冬氨酸也將有著不可估量的應(yīng)用前景。

1 聚天冬氨酸的制備方法

目前，聚天冬氨酸的制備方法主要有兩種：一種是以天冬氨酸單體為原料，通過(guò)加熱縮聚合成聚琥珀酰亞胺（PSI），然后在堿性條件下水解聚琥珀酰亞胺即可得到聚天冬氨酸；另一種則是以馬來(lái)酸酐和氨水、尿素等氨類物質(zhì)為原料，進(jìn)行反應(yīng)制備聚琥珀酰亞胺，最后對(duì)聚琥珀酰亞胺水解可得到聚天冬氨酸[1]。在這兩種方法中，以天冬氨酸單體為原料的縮聚法，優(yōu)點(diǎn)是重現(xiàn)性好，轉(zhuǎn)化率高，可制取相對(duì)分子質(zhì)量較大的產(chǎn)物，且反應(yīng)過(guò)程容易控制，產(chǎn)物顏色淺，而缺點(diǎn)是原料的價(jià)格貴，性價(jià)比不高；馬來(lái)酸酐的成本低，而以馬來(lái)酸酐為原料制備得到的聚天冬氨酸則相對(duì)分子質(zhì)量較小，產(chǎn)率偏低，且溫度高時(shí)產(chǎn)品顏色較重。因此，在將來(lái)的研究中，還要致力于研發(fā)出性價(jià)比高、制備過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高和質(zhì)量好的聚天冬氨酸的制備方法。

2 聚天冬氨酸的性能

2.1 阻垢性

聚天冬氨酸可以絡(luò)合多價(jià)金屬離子，改變硫酸鈣鹽和碳酸鈣鹽等的晶體結(jié)構(gòu)[2]，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變形以形成軟垢而使垢體容易去除，所以聚天冬氨酸的阻垢性較好?；粲钅萚3]通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)得，要滿足對(duì)碳酸鈣的阻垢率達(dá)到80%以上，阻垢劑聚天冬氨酸的加入量?jī)H為0.2mg/L即可，說(shuō)明聚天冬氨酸用量少，阻垢效果好；又測(cè)得了環(huán)境溫度對(duì)聚天冬氨酸阻垢率的影響情況，若溫度從40℃上升到80℃，其對(duì)碳酸鈣的阻垢率卻幾乎不變，這說(shuō)明環(huán)境溫度對(duì)聚天冬氨酸的阻垢性能影響較小，因此可適應(yīng)于各種溫度的水系統(tǒng)。

2.2 緩蝕性

聚天冬氨酸還具有較好的緩蝕性，能在低氧和強(qiáng)堿的條件下，有效地阻止金屬的氧化腐蝕。其原理是聚天冬氨酸與多種金屬離子之間有螯合作用，所形成的螯合物在金屬表面會(huì)形成一層膜，從而能有效阻止金屬被腐蝕[4]。另外，聚天冬氨酸及其鹽類還能阻止二氧化碳對(duì)鐵制品的腐蝕，例如當(dāng)鹽溶液中不含或含有少量的溶解氧時(shí)，聚天冬氨酸能有效阻止二氧化碳對(duì)低碳鋼的腐蝕。

2.3 降解性

聚天冬氨酸在真菌、微生物等的作用下極易發(fā)生降解，降解產(chǎn)物一般為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境和人體無(wú)毒，聚天冬氨酸的這種可生物降解性使其成為應(yīng)用前景極好的水處理劑。崔科等[5]利用紅外光譜對(duì)所合成的聚天冬氨酸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并系統(tǒng)研究了聚天冬氨酸的生物降解性，發(fā)現(xiàn)聚天冬氨酸的生物降解是在生物物理降解與生物化學(xué)降解共同作用下完成的。Nakoto等[6]對(duì)由聚琥珀酰亞胺水解得到的聚天冬氨酸的結(jié)構(gòu)和其降解性之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明，影響聚天冬氨酸降解性的主要因素是其分子中的支鏈和末端基團(tuán)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其中二羧酸基團(tuán)數(shù)目在琥珀酰亞胺基團(tuán)總數(shù)中所占的比例越大，聚天冬氨酸的降解性越好，反之則降解性越差。魏剛等[7]對(duì)目前水處理領(lǐng)域中幾種常用的阻垢劑的可生物降解性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為聚天冬氨酸具有較好的生物降解性是因?yàn)槠浞肿渔溨泻蠳原子。陶虎春等[8]通過(guò)小白鼠毒性實(shí)驗(yàn)、種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)、好氧生物降解實(shí)驗(yàn)以及微核實(shí)驗(yàn)等一系列實(shí)驗(yàn)，也證明了聚天冬氨酸具有較好的生物降解性，是一種環(huán)境友好型聚合物。

3 聚天冬氨酸的主要應(yīng)用

聚天冬氨酸作為一種新型綠色水處理劑，在國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域中均得到了廣泛應(yīng)用，另外在其他領(lǐng)域中也有較好的應(yīng)用前景。

3.1 聚天冬氨酸在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

從環(huán)保角度考慮，聚天冬氨酸的可生物降解性使其成為特別有價(jià)值的綠色水處理劑。使用后的聚天冬氨酸可高效、穩(wěn)定地被微生物、真菌降解為二氧化碳、水等終產(chǎn)物，不用擔(dān)心會(huì)污染環(huán)境。由于聚天冬氨酸具有良好的阻垢性，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理方面。作為阻垢劑，聚天冬氨酸在抑制水系統(tǒng)中碳酸鈣、磷酸鈣等的成垢具有較好的效果。另外，聚天冬氨酸在高溫環(huán)境下阻垢性變化不大，熱穩(wěn)定性好，因此可應(yīng)用于高溫水系統(tǒng)中。

由于聚天冬氨酸及其衍生物的分子結(jié)構(gòu)對(duì)其與金屬離子的螯合性以及其生物降解性均影響較大，因此今后研究的重點(diǎn)是對(duì)聚天冬氨酸進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男裕愿纳破渥韫感阅?，使其能更好地?yīng)用于水處理領(lǐng)域。

3.2 聚天冬氨酸在緩蝕領(lǐng)域的應(yīng)用

聚天冬氨酸具有較好的緩蝕性，能有效地阻止金屬的氧化腐蝕。聚天冬氨酸不僅在強(qiáng)堿條件下對(duì)金屬的緩蝕效果優(yōu)異，在含少量氧的鹽溶液中還能阻止二氧化碳對(duì)鐵制品的腐蝕。作為緩蝕劑，現(xiàn)在聚天冬氨酸已越來(lái)越多地應(yīng)用于油田勘探、海水淡化、純水制備等方面，為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更好的效益。

3.3 聚天冬氨酸在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

聚天冬氨酸本身不是肥料，但它可以用作肥料增效劑應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，以提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。一定分子質(zhì)量的聚天冬氨酸對(duì)氮、磷、鉀等元素及微量元素有較好的富集作用，因此若將聚天冬氨酸作為添加物添加在肥料里可提高肥效，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，以提高農(nóng)業(yè)收益。

目前，聚天冬氨酸在醫(yī)藥領(lǐng)域已有較好的應(yīng)用。利用聚天冬氨酸能有效地抑菌和殺菌的性能，人們常將其作為殺菌劑來(lái)使用。另外，聚天冬氨酸及其衍生物在藥物控釋體系的應(yīng)用也得到了廣大學(xué)者的重視，因此，聚天冬氨酸在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展前景將不可估量。

在洗化領(lǐng)域，聚天冬氨酸可以添加到市場(chǎng)上銷售的一般洗滌劑中，來(lái)代替含磷洗滌劑，不僅大大提高了清潔效果，還能避免磷元素對(duì)環(huán)境的污染。另外，聚天冬氨酸在化妝品和保健品領(lǐng)域當(dāng)中也有應(yīng)用，給人們的日常生活帶來(lái)了極大便利。

4 結(jié)束語(yǔ)

綠色水處理劑聚天冬氨酸具有生物降解性好、緩蝕阻垢效率高等優(yōu)點(diǎn)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外水處理行業(yè)研究的新熱點(diǎn)。另外，聚天冬氨酸在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也給我們的生活帶來(lái)了極大的便利。今后的研究工作重點(diǎn)應(yīng)是進(jìn)一步改進(jìn)聚天冬氨酸的合成方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化其合成步驟，提高性價(jià)比，并加強(qiáng)對(duì)聚天冬氨酸的改性研究，以使其更好地為我們所用。

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Research Progress of Green Asparagine as Green Water Treatment Agent

Feng Ya-li

Polyaspartic acid has good corrosion inhibition，scale inhibition and other properties in water treatment，and it is a kind of green water treatment agent，which is a hot spot in domestic and foreign scholars.Application prospects.This paper mainly introduces the preparation method，properties and main applications of polyaspartic acid.

polyaspartic acid；preparation method；performance；application

TQ085.4

A

1003–6490（2017）10–0001–02