綠色水處理劑

1、綠色水處理劑天冬氨酸摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了綠色高分子材料的發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)綜述了可生物降解性聚天冬氨酸的性能、合成、改性以及其應(yīng)用等。關(guān)鍵詞： 綠色高分子聚天冬氨酸污水處理隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，各種各樣的新的高分子材料異軍突起，在各生產(chǎn)部門和人們的生活領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。盡管它們有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是隨著應(yīng)用時(shí)間的增加，越來越多的環(huán)境問題也顯現(xiàn)出來，因此社會(huì)和科技都在呼吁高分子材料要綠色化，于是高分子領(lǐng)域掀起了一片綠色浪潮。在污水處理方面，研究開發(fā)了新型淀粉及羧甲基淀粉基高分子系列絮凝劑，以天然高分子殼聚糖為原料合成的殼聚糖季銨鹽是一種無害的絮凝劑木素及其衍生物，聚合硅硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑等高分子材

2、料在不同類型的污水處理上效果甚好。在生活方面，綠色汽車增光護(hù)理劑、綠色教具的問世不僅外觀美而且減少了環(huán)境污染，而聚乳酸制品的生產(chǎn)應(yīng)用大大減少了傳統(tǒng)塑料制品所造成的白色污染問題，聚天冬氨酸以其優(yōu)異的阻垢和分散性以及良好的可生物降解性也倍受青睞。在阻燃材料上，有機(jī)硅阻燃劑、納米級(jí)阻燃劑以其良好的性能顯示了巨大的生命力。在合成纖維方面，膠原蛋白與殼聚糖共混纖維的合成，不僅提高了廢舊皮的利用率，也減少了環(huán)境污染，同時(shí)又具有很好的性能。在無污染的新材料方面， 出現(xiàn)了很多新的環(huán)保和醫(yī)用新材料： 在溶劑的選用上，超臨界二氧化碳作為高分子聚合和高分子化學(xué)的反應(yīng)介質(zhì)，以其特有的性質(zhì)受到了廣泛的關(guān)注，成為揮發(fā)性溶

3、劑和助劑的理想替代品。在農(nóng)業(yè)方面，可生物降解的塑料薄膜和高分子包覆肥料等材料的應(yīng)用有很好的前景。在催化劑方面，仿酶催化成了研究的熱點(diǎn)之一，它是實(shí)現(xiàn)綠色高分子目標(biāo)直接而有效的途徑。聚天冬氨酸（ PASP）屬于聚氨基酸中的一類。聚天冬氨酸因其結(jié)構(gòu)主鏈上的肽鍵容易受微生物、真菌等作用而斷裂，最終降解產(chǎn)物是對(duì)環(huán)境無害的氨、二氧化碳和水。因此，聚天冬氨酸是生物降解性好、環(huán)境友好型化學(xué)品。聚天冬氨酸的用途廣泛。它廣泛應(yīng)用于肥料增效、工業(yè)水處理、金屬切削液、日用化學(xué)品、油田二次采油的注水助劑等領(lǐng)域。此外，聚天冬氨酸在洗滌劑、高吸水樹脂、水煤漿添加劑、光化學(xué)品等方面也具有廣闊的應(yīng)用前景。所以，聚天冬氨酸的應(yīng)用

4、研究是具有極大的意義。1 聚天冬氨酸的特性1.1分子性質(zhì)分子式： C4H6NO3(C4H5NO3)C4H6NO4；相對(duì)分子質(zhì)量：1000-5000它是一種帶有羧基側(cè)鏈的聚氨基酸，具有螯合和分散作用。由于聚天冬氨酸分子中含 有大量的 -COOH、-NHCO-等極性基團(tuán)，具有很好的親水性和水溶性，此外，側(cè)鏈上的-COOH在水溶液中很容易電離，形成羧基負(fù)離子(-COO) ，能與多種離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使聚天冬氨酸在水溶液中具有很好的化學(xué)活性。1.2生物降解性聚天冬氨酸是一種帶有羧酸側(cè)鏈的聚合氨基酸，是天冬氨酸單體的氨基和羧基縮水而成的聚合物，有 ， 2 種構(gòu)型。天然的聚氨基酸中聚天冬氨酸片段都是以 型

5、形式存在的，而合成的聚天冬氨酸中大部分是 ， 2 種構(gòu)型的混合物。熱縮聚得到的聚天冬氨酸，因其結(jié)構(gòu)主鏈上的肽鍵易受微生物、真菌等作用而斷裂，最終降解產(chǎn)物是對(duì)環(huán)境無害的水和二氧化碳。聚天冬氨酸水凝膠在活性污泥中的生物降解速度為28d 達(dá)到 76。1.3毒性利用昆明種小鼠急性毒性實(shí)驗(yàn)、Ames實(shí)驗(yàn)、小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核實(shí)驗(yàn)研究聚天冬氨酸的一般毒性與致突變性，結(jié)果顯示： 聚天冬氨酸既無毒性也無致突變作用。這為安全使用聚天冬氨酸提供了依據(jù)。2 聚天冬氨酸的合成目前，聚天冬氨酸的合成主要有兩條路線：一條是以 L- 天冬氨酸為原料； 另一條是以馬來酸酐和氨水、銨鹽或胺類物質(zhì)為原料。2.1由L- 天冬氨

6、酸直接合成聚天冬氨酸天冬氨酸單體在有、無催化劑存在下，直接加熱生成PSI（聚琥珀酰亞胺）。在其它條件相同的情況下，使用催化劑可使反應(yīng)時(shí)間縮短達(dá)10倍以上，并可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品色度。反應(yīng)中，可選用的催化劑范圍很廣，一般選用酸性物質(zhì)作為催化劑，如磷酸、亞磷酸、硫酸、經(jīng) NH 3部分中和的硫酸、硫酸氫鈉、硼酸、P2 O5、MgO、其它酸或酸式鹽等。方法上可通過溶液聚合或固相聚合來合成聚天冬氨酸。2.2以馬來酸酐和氨水、銨鹽或胺類物質(zhì)等原料制備聚天冬氨酸馬來酸酐與銨鹽通過氨化反應(yīng)生成馬來酰亞胺，再加熱發(fā)生聚合反應(yīng)，生成中間體聚琥珀酰亞胺（ PSI），PSI在堿性條件下水解制得聚天冬氨酸鈉鹽。操作

7、步驟如下：在燒杯中加入一定量馬來酸酐并加入適量水溶解，倒入裝有攪拌裝置和冷凝裝置的三口燒瓶中，加入一定體積的濃磷酸。待溫度升至80時(shí)，在攪拌狀態(tài)下，緩慢加入銨離子與馬來酸酐摩爾比為 1.2 ：1的銨鹽溶液，反應(yīng) 2h，用石蠟浴加熱反應(yīng)一定時(shí)間后得到中間產(chǎn)物 PSI，待燒瓶冷卻后，放入 5060的水浴中加熱，同時(shí)加入2mol/L 的氫氧化鈉溶液，使 pH 值大于 10，溶液冷卻后過濾，濾液用稀鹽酸調(diào)至中性，加熱蒸發(fā)濃縮后，加入無水乙醇析出產(chǎn)物，過濾烘干，制得聚天冬氨酸（ PASP）。3 聚天冬氨酸的改性目前聚天冬氨酸主要應(yīng)用于循環(huán)水、鍋爐水、冷卻水等水處理領(lǐng)域，但它本身的緩蝕性能與市售水處理劑仍

8、有一定差距，所以對(duì)聚天冬氨酸進(jìn)行改性研究以提高其緩蝕阻垢能力具有十分現(xiàn)實(shí)和積極的意義。一般聚合物的改性方法分為2種，即物理改性和化學(xué)改性。PASP的物理改性主要是在使用 PASP的過程中，加入其他的藥劑（復(fù)配） ，使之發(fā)生協(xié)同作用，以增強(qiáng)PASP的阻垢緩蝕效果。化學(xué)改性的途徑有3條，即共聚改性、開環(huán)改性和交聯(lián)改性。共聚改性和開環(huán)改性主要用在水處理劑的改性上，交聯(lián)改性主要是用于制藥方面。3.1 共聚改性通過共聚引入第二組分是高分子化學(xué)中常用的聚合物改性手段之一。通過控制共聚物分子量、共聚單體種類及配比等控制聚合物材料的降解速度和周期。不同結(jié)構(gòu)的共聚物不不同材料的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，能賦予新材料特殊的性

9、質(zhì)，如可以改善原聚合物的極性和結(jié)晶性，使原來主鏈無活性基團(tuán)的聚合物功能化等。3.2 開環(huán)改性開環(huán)改性是在 PASP合成過程中的中間體上進(jìn)行的。PSI（未開環(huán)的 PASP）是一種活性很強(qiáng)的線性聚酰亞胺，可以很容易地被氨基開環(huán)生成含有側(cè)鏈的PASP。利用這一特殊的開環(huán)性質(zhì)，可以制備許多含有特殊側(cè)鏈基團(tuán)的衍生物。3.3 交聯(lián)改性交聯(lián)改性即為低聚體交聯(lián)聚合。交聯(lián)聚合是無規(guī)則結(jié)構(gòu)的水溶性聚合物，可用于污泥凝結(jié)劑、分散劑和浮選劑等。天冬氨酸通過交聯(lián)聚合。分子量一般可提高數(shù)倍，為擴(kuò)大聚天冬氨酸分子量開辟了新的研究方向，是目前國外研究的熱門課題之一。4 聚天冬氨酸的應(yīng)用4.1水處理方面聚天冬氨酸具有聚陰離子表

10、面活性劑的特征并具有類似葡萄糖的生物降解性能，水解后的聚天冬氨酸能螯合鈷、鎂、銅、鐵等多價(jià)金屬離子，具有優(yōu)良的阻垢緩蝕和分散作用，作為阻垢緩蝕劑廣泛用于工業(yè)循環(huán)水、鍋爐水、反滲透水、油田回收水、海水淡化等水處理領(lǐng)域，特別是用于高硬度、高堿度高 pH值、高濃縮倍數(shù)的水處理系統(tǒng)。4.2 農(nóng)業(yè)方面聚天冬氨酸作為肥料的添加劑，能幫助作物更健康地生長，產(chǎn)量更高，并能改善土壤，故又稱其為肥料增效劑。在生長中加入聚天冬氨酸的稻秧生長效果比不處理和用聚天冬氨酸浸種的好，而且用聚天冬氨酸浸泡過的種子，其他條件都一樣時(shí)其生長優(yōu)勢(shì)也相當(dāng)明顯，這說明聚天冬氨酸是一種良好的肥料增效劑，即聚天冬氨酸具有減少肥料用量，提高

11、肥料利用率，減少污染的效果。使用聚天冬氨酸的農(nóng)田，增產(chǎn)在15%以上，有的高達(dá) 70%，作物品質(zhì)明顯提高。4.3 其它方面聚天冬氨酸不僅僅在水處理、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域起到良好的效果，而且在其他也占有一定的重要地位。在工業(yè)上，聚天冬氨酸作為阻垢劑、分散劑、緩蝕劑、吸水劑、鉆井液降粘劑等廣泛用于處理工業(yè)用水。合成具有不同側(cè)鏈的聚天冬氨酸或其衍生物，然后將帶有不同側(cè)鏈的聚天冬氨酸 或其衍生物、殼聚糖、含鈣溶液在一定溫度和 pH值下進(jìn)行混合、反應(yīng)、沉淀。所得產(chǎn)物具有仿細(xì)胞壁膜的性質(zhì)，是一種環(huán)境友好型仿生材料。該材料具有吸附重金屬和某些有機(jī)物的功能，可用于脫除重金屬、氯代烴、有機(jī)顏料、染料等 , 廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)

12、、食品工程、印染工業(yè)、污水處理等領(lǐng)域。由于綠色環(huán)保的特性，聚天冬氨酸可作為新型的日化助劑和各種無毒、無污染的專用精細(xì)化 學(xué)品。聚天冬氨酸在餐具洗滌劑方面也有類似洗衣劑的作用，會(huì)吸附在碗碟表面，抑制表面 腐蝕發(fā)毛，產(chǎn)生更好的保潔效果，是清洗硬質(zhì)表面餐具洗滌劑的組分之一。聚天冬氨酸具有 陰離子表面活性劑的特征，在洗滌、日用化工等領(lǐng)域的應(yīng)用效果表明，其具有較好的耐電解質(zhì)、耐堿和低泡性以及良好的螯合、分散作用，在洗滌中的作用是使水軟化、分散和抗垢，并可防止洗落的油垢重新玷污在餐具和衣物上。5 結(jié)語PASP具有無毒、科生物降解性、一劑多效等特點(diǎn)，是綠色環(huán)保型水處理劑之一，對(duì)PASP進(jìn)行改性研究以提高其緩

13、蝕阻垢能力具有十分現(xiàn)實(shí)和積極的意義。改性PASP的研究具有廣闊的發(fā)展前景，隨著改性PASP綜合性能的提高，必將促進(jìn)綠色水處理劑的推廣與應(yīng)用，為工業(yè)節(jié)水和水資源的可持續(xù)利用做出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)：1 汪家銘 . 聚天冬氨酸的生產(chǎn)應(yīng)用于發(fā)展前景 J. 上?；?，2010,35（ 3）：23-27.2 高玉華，劉振法，等 . 聚天冬氨酸的改性對(duì)阻垢分散性能的影響 J . 工業(yè)水處理 ,2010,30,(2):57-59.3 賴?yán)と荩R政生 . 聚天冬氨酸的合成對(duì)含鎘廢水的去除研究 J. 水處理技術(shù)，2010.36 （2）： 57-59.4劉英華聚天冬氨酸在自來水中對(duì)碳鋼緩蝕作用研究D 石家莊：河北師范大學(xué)， 2006.5 孫波 , 方葉明 , 王博威 . 制備聚天冬氨酸或其衍生物、殼聚糖和鈣磷化合物的復(fù)合材料的方法 P. 中國專利： 2008 10 053 550,2008-10-22.6 許峰，沈劍，賴清云 . 聚天冬氨酸在水稻生產(chǎn)中的研究應(yīng)用 . 江蘇常州， 213002.7 冷一欣 , 韶暉