绿色水处理阻垢剂聚天冬氨酸的合成和性能研究进展
聚天冬氨酸复配水质稳定剂的研究进展
聚天冬氨酸复配水质稳定剂的研究进展支新;申振玲;柴云;张普玉【摘要】Polyaspartic acid is a kind of biodegradable scale inhibitor,but its single use can not meet the practical application of watertreatment.Therefore,the combination of polyaspartic acid and other water quality stabilizers has attracted considerable attention in this field.The re-search progress on the compound of polyaspartic acids and inorganic compounds,organic com-pounds,organic acids and polymers are reviewed,and the combination has a scale inhibition, corrosion inhibition,sterilization,chelating and other properties.Furthermore,the prospect in this field are discussed.%聚天冬氨酸是一类可生物降解的阻垢剂，但其单一使用不能满足水处理的实际应用，聚天冬氨酸与其他水质稳定剂的复配成为这一领域的研究热点。
基于此综述了聚天冬氨酸与无机类，有机膦酸类和高分子化合物等复配的研究进展，复配后的水处理药剂同时具有阻垢、缓蚀、杀菌、螯合等性能，并对这一领域的研究进行了展望。
【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2016(027)004【总页数】4页(P514-517)【关键词】水处理剂;聚天冬氨酸(PASP);复配【作者】支新;申振玲;柴云;张普玉【作者单位】河南大学化学化工学院，精细化学与工程研究所，河南开封475004;河南大学化学化工学院，精细化学与工程研究所，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，精细化学与工程研究所，河南开封 475004;河南大学化学化工学院，精细化学与工程研究所，河南开封 475004【正文语种】中文【中图分类】TQ085.4随着工业的快速发展，循环冷却水的用量也在不断加大，不可避免地造成水垢的产生，防止结垢的方法是向循环冷却水中加入水处理药剂. 目前水处理药剂已经成为精细化工产品的一个重要分支.随着绿色环保理念的加强，聚天冬氨酸(PASP)是一种对CaCO3阻垢效果明显且可生物降解的阻垢剂[1-3]，近年来成为水处理药剂的研究热点，但PASP官能团的单一导致性能的单一[4]，并且在性能上与目前市售的阻垢剂仍有一定的差距，无法在工业水处理中得到广泛的应用. 所以要将PASP与其他物质进行复配来提高综合性能[5].徐群杰等[6]将PASP和钨酸钠进行复配，在钨酸钠总质量分数为16×10-6时，PASP与NaWO4质量比为1∶1情况下，对铜的缓蚀效率为90.5%，当模拟水体系的温度升高、pH增大、氯离子含量增加及硫离子浓度增加时,都会使复配缓蚀剂对铜的缓蚀效果变差. 在电化学的试验下，图谱显示加入复配缓蚀剂后,铜电极的腐蚀电位和极化曲线均发生正移,说明复配缓蚀剂是阳极型缓蚀剂. 陈颖敏等[7]将PASP，苯并三唑(BTA)，钼酸钠，D-葡萄糖酸钠进行复配，当复配比为10、0.5、20、10 mg/L时，缓蚀率达到了99.2%. 由于BTA是公认的高效铜缓蚀剂，化学吸附成膜;钼酸钠无毒无公害，不会引起微生物的繁殖，适用于高温、高pH值和高硬度水，并与多种缓蚀剂有着协同缓蚀效果；葡萄糖酸钠是一种价格低廉并具有优良协同作用的缓蚀剂，使得复配物具有绿色无磷，缓蚀效果好并且还能降低成本. 王克诚等[8]用PASP与葡萄糖酸钠进行复配，聚天冬氨酸与葡萄糖酸钠复配后，缓蚀性能提高，成本降低. 40 mg/L PASP加60 mg/L 葡萄糖酸钠为实验最佳配比，其缓蚀率达94.8%. 成本仅为同缓蚀率下聚天冬氨酸的27%，使得此复配缓蚀剂性能优异、无污染、价格低廉,具有良好的应用前景. 王佳等[9]利用PASP、具有高阻垢分散性能的聚环氧琥珀酸(PESA)、价格低廉的葡萄糖酸钠以及增效剂制备了一种新型的高效、环保、低毒缓蚀阻垢剂，在质量浓度为100 mg/L时，阻垢率为89.0%，远高于现有油田用的阻垢剂.邹鹏等[10]与王庚平等[11]将 PASP、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)进行复配，在阻硫酸钙垢时，PASP-PBTCA体系有明显的协同效应. 前者又添加了聚丙烯酸(PAA)进行复配，得到其最优配方为m(PASP)∶m(PAA)∶m(PBTCA)=6∶1∶1. 投加药量浓度为8 mg/L时该复配物阻垢率能达到91.71%，对碳钢的缓蚀率可达到92.23%，当阻垢剂总质量浓度为10 mg/L，ρ(PASP)∶ρ(PBTCA)为8∶2时，阻硫酸钙率达到90%以上. 且当PH在6-9之间该复配体系阻硫酸钙垢性能无明显变化. 南子龙等[12]先用甘氨酸、甲醛、亚磷酸合成了新型阻垢剂甘氨酸二亚甲基膦酸 (GDMP)，并将其与PASP 进行二元复配. 结果表明在保持试验水溶液中投加复配药剂总质量浓度为5 mg/L不变的情况下， GDMP占GDMP 和PESA复配总量的40%～60%，且阻垢率接近100%. 这是因为GDMP 中的多个膦酸基团结构与聚羧酸结构可以互补，从而使 GDMP-PASP 复配阻垢剂存在较好协同效应.吉娜等[13]将PASP分别和三种磷(膦)系阻垢剂—SHWP(主要成分六偏磷酸钠)，PBTCA，DTPMP(主要成分二乙烯三胺五甲叉膦酸)进行复配；当PASP与SHWP 的浓度分别为3和0.002 mg/L时复配效果最佳，其阻垢率为94%；当PASP与PBTCA的复配浓度分别为1和4 mg/L时,复配协同效果最佳，其阻垢率为93.3%；当PASP与DTPMP的复配浓度分别为3和10 mg/L时，复配协同效果最佳其阻垢率为94.8%. 王秀丽等[14]将PASP、PESA、氨基三亚甲基膦酸3种阻垢剂进行复配，当原料分别为25%、60%、15% 时，达到90%以上. ZHANG等[15]将PASP，PESA聚氨基聚醚基亚甲基膦酸(PAPEMP)，谷氨酸(Gln)和Zn2+相结合观察协同效应. 当聚天冬氨酸，PESA，PAPEMP，Gln，和Zn2+最佳的量分别为12，12，4，2和2 mg/L. 该复合材料能有效地抑制碳钢在严重腐蚀性软水介质中腐蚀的程度，其阻垢性能达到了99%.闫美芳等[16]将PASP、PESA和丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物(AA-AA)进行复配，结果表明，当药剂用量为 12 mg/L 时，质量比m(PASP)∶m(PESA)∶m(AA-AA)为1∶1∶2的三元复配物对 Ca CO3的阻垢率为96.73%、分散氧化铁时的透光率仅为20.9%，生物降解率为76%，且适用于硬水. 刘振法等[17]又将PASP、衣康酸-丙烯酸-丙烯酸酯三组分共聚物(IA-AA-AE)和PBTCA制备了PASP复配物(PASP/IA-AA-AE/PBTCA)研究了PASP复配物与磁场的协同阻垢性能；静态和动态实验结果表明，磁场与复配物的协同作用可提高复配物对Ca2+的螯合作用，在质量浓度650 mg/L的Ca2+、质量浓度1 300 mg/L的及质量浓度4 mg/L的复配物条件下，磁场与PASP复配物协同作用时，阻垢率比复配物单独作用时分别提高10%和20%以上. 陈燕敏等[18-19]以PASP、PAA、水解聚马来酸酐(HPMA)、BTA为原料，得到一种高效的复合型缓蚀剂配方ρ(PASP)∶ρ(PAA)∶ρ(HPMA)∶ρ(BTA)=2.4∶1.6∶2∶1. 结果表明，该缓蚀剂对碳钢、紫铜和不锈钢的缓蚀率分别为84.8%，96.4%，99.2%. 又将PASP和PESA分别和PAA、HPMA、BTA进行复配用CO2生成法研究复配物的生物降解性能. 结果表明，两者的降解率分别达到了 77.6%和 76.8% . 董社英等[20]先以衣康酸、丙烯磺酸钠、马来酸为单体，采用微波辐射法合成了 IA-MA-SAS三元共聚物并且具有良好的阻垢性能、热稳定性和分散氧化铁性能，将其与聚天冬氨酸进行复配，在投加量为15 mg/L的条件下ρ(IA-MA-SAS)∶ρ(PASP)=1∶1，复配物对Ca2+，Mg2+阻垢率高达95.34%；且适用于高硬度、高碱度、高水温的冷却水系统. 余嵘等[21]合成了丙烯酸/丙烯酰胺/马来酸酐(AA-AM-MA)三元共聚物阻垢剂并对PASP与三元共聚物复配，其最佳配比浓度为PASP∶(AA-AM-MA)=2∶1，适用于高钙、高碱、高温的水系统中，并可在其中长时间停留，将其应用于火电厂循环冷却水水样，其对碳酸钙的阻垢率达到100%. 王亚琼[22]用Gln对 PASP 改性，利用调节等电点的方法，对氨基酸进行分离. 又对其衍生物与AA-AM-MA三元共聚物复配进一步研究，发现阻垢率接近100%. 姜丽艳等[23]将PASP与两种丙烯酸共聚物MA-AA、AA-AMPS分别进行复配，实验结果表明当PASP与MA-AA的浓度比为5∶3时其阻垢率为92.3%. 当聚天冬氨酸与AA/AMPS的浓度为6∶1时阻垢率为92.7%. 李晓辉[24]先以柠檬酸为主要原料合成了丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物，将此共聚物与聚天冬氨酸和锌盐复配成三元水处理剂适用于高硬度水质，在用量为14 mg/L时，对碳钢的缓蚀率达96%以上；生物降解率达到87%. GAO等[25]从聚琥珀酰亚胺与2-氨基乙磺酸和天冬氨酸合成了聚天冬氨酸衍生物(PASP-SEA-ASP)对A3型碳钢在海水中进行性能测试，发现14 mg/L的共聚物的阻垢率达到100%；现将PASP-SEA-ASP的混合物，硫酸锌，2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)和乙基铵进行复配，最佳性能的质量比为15∶3∶6∶1达到97%的腐蚀抑制率. 曾德芳等[26]自制了壳聚糖(CTS)、助剂；并将CTS、PASP、助剂、锌盐为原料进行复配，试验结果表明，复合配方质量配比为 PASP质量∶助剂质量∶CTS质量∶锌盐质量=6∶0.8∶7∶0.4. 在缓蚀阻垢剂投加质量浓度为40 mg/L 时阻垢率为97.34%，缓蚀率为95.70%，与传统缓蚀阻垢剂相比，缓蚀率提高2.07%，阻垢率提高1.63%，药剂成本下降6.7%. 杨玉华等[27]将PASP、单宁酸和葡萄糖酸钠进行复配. 当质量比m(PASP)∶m(单宁酸)∶m(葡萄糖酸钠)=1∶2∶3，阻垢率可达99.4%. 刘芳等[28]将十四烷基二甲基苄基氯化铵(1427)、PASP和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)水处理剂与锌盐复配，结果表明，当循环冷却水中ATMP、PASP、1427和锌盐的质量浓度分别为40、20、80、2 mg/L时，该复配剂可获得最佳性能，对碳钢的缓蚀率和相应的阻垢率均高于91%，杀菌率可达98%以上，实现了缓蚀、阻垢和杀菌3种功效. DOROTA[29]将聚氨基葡萄糖与PASP进行复配，发现复配物对水中重金属有很强的螯合作用，对污水中重金属的处理有重大意义.聚天冬氨酸复配物与聚天冬氨酸相比，阻垢效果有很好改善的同时，又增加了缓蚀、螯合、杀菌等综合性能. 今后研究的重点之一就是如何降低聚天冬氨酸复配物的生产成本，使之能够大规模工业化应用. 同时加强对不同地区、不同水质的应用.【相关文献】[1] OUCHI T, SHIRATANI M, JINNO M, et al. Synthesis of poly[(glycolicacid)salt(L-aspartic acid)]and its biodegra-dation behavior in vitro [J]. 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绿色阻垢剂聚天冬氨酸的微波法合成及性能研究的开题报告
绿色阻垢剂聚天冬氨酸的微波法合成及性能研究的开题报告一、研究背景及意义在现代工业领域中，管道、设备的腐蚀和结垢问题是一大难题。
随着工业发展，特别是石油、化工、冶金等领域的快速发展，加剧了管道和设备腐蚀结垢现象。
长期以来，防腐蚀技术和防结垢技术一直是工程技术领域中的热点问题。
传统的清洗方法会损伤管道和设备表面，同时清洁效果也很难达到要求。
因此，寻找一种有效的防结垢技术变得尤为迫切。
聚天冬氨酸是一种生物大分子，具有良好的水溶性、生物相容性、生物降解性等优点。
研究发现，聚天冬氨酸对水中的钙、镁、铁等离子具有良好的结合能力，可以有效防止管道和设备的结垢问题。
绿色阻垢剂聚天冬氨酸的研究和应用，将在防腐蚀和防结垢领域取得一定的突破，具有广阔的应用前景和社会价值。
二、研究目的和内容本研究的主要目的是通过微波法合成绿色阻垢剂聚天冬氨酸，并研究其防结垢性能。
本研究将从以下几个方面展开：1. 优化聚合反应条件，确定最佳合成方案。
2. 利用红外光谱、核磁共振等手段表征合成产物的结构。
3. 实验研究聚天冬氨酸对水中离子的结合能力，以及其在管道和设备上的防结垢性能。
4. 通过对照试验和实验结果分析，评价微波法合成绿色阻垢剂聚天冬氨酸的优缺点。
三、研究方法和步骤本研究将采用以下方法和步骤：1. 微波法合成聚天冬氨酸。
首先，设计微波合成装置，优化反应条件，如温度、反应时间、添加剂种类和用量等。
然后，采用FTIR、NMR 等手段对合成产物进行结构表征。
2. 聚天冬氨酸对离子的结合实验。
将聚天冬氨酸溶解在不同浓度的离子溶液中，利用电导率计实验研究其对离子的结合能力。
同时，与常规防结垢剂进行对比，评价聚天冬氨酸的效果和优劣。
3. 管道和设备防结垢实验。
将聚天冬氨酸涂覆在管道和设备表面，加入不同浓度的离子溶液进行实验观察。
通过观察和记录水温、水压、结垢情况等参数，评估聚天冬氨酸的防结垢性能。
4. 数据处理和结果分析。
对实验数据进行计算、图表化处理，并通过对照试验和实验结果分析，评价微波法合成绿色阻垢剂聚天冬氨酸的优缺点。
绿色水处理剂聚天冬氨酸的简介
绿色水处理剂聚天冬氨酸的简介摘要: 聚天冬氨酸类水处理剂因具有优良的生物可降解性和较高的阻垢性能，被认为是一种真正的绿色阻垢剂，本文将从合成方法、作用机理、阻垢性能研究、发展前景四个方面介绍聚天冬氨酸关键词: 聚天冬氨酸; 阻垢性能; 水处理剂我国是水资源短缺严重的国家之一，目前有一百多个城市严重缺水，已造成很大的经济损失和严重的社会环境问题。
工业用水占城市用水的70％～80％，其中的冷却水又占工业用水量的82％以上。
为此节约冷却水成为工业用水的首要目标。
节约冷却水的主要办法是采取循环冷却水并提高浓缩倍数。
但是循环冷却水在运行的过程中，会有沉积物沉积在换热器及其他管道内表面。
针对这个问题主要采取投加水处理剂来达到水质控制的目的。
但是，含磷含氮和不易生物降解的水处理剂在使用过程中易给环境造成“二次污染”的危险性已引起人们的重视。
随着环境法规日趋严格和人们环保意识日益提高，对环境保护的需要塑造绿色水处理剂，磷也已列入限制排放之列。
在此形势下，低磷及无磷绿色水处理剂的开发和应用就日益成为国内外关注的焦点。
近几年“绿色水处理剂”的概念被提出，所谓绿色水处理剂是指其制造过程是清洁的，在使用过程中对人体健康和环境没有毒性，并可以生物降解为对环境无害的水处理剂。
研制具有高阻垢性能、良好生物降解性、无毒性、非磷无氮的新型绿色水处理剂是21世纪水处理剂的发展方向。
[1]聚天冬氨酸（PASP) 是近年受海洋动物代谢启发而研制成功的一种生物高分子, 具有优异的阻垢分散性能和良好的可生物降解性, 是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品。
[2]制备聚天冬氨酸的原料天冬氡酸可从自然界提取因此制造过程是清洁、绿色的。
作为新型阻垢剂，对环境没有毒性，可完全生物降解成对环境无害的终产物。
而且对碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、硫酸钡等阻垢性能优异。
另外，聚天冬氨酸也可作为缓蚀剂用于解决油田中CO的腐蚀问题并2在海水淡化、制备纯水等方面亦具有良好的应用前景。
绿色生物高分子聚天冬氨酸的合成及其阻垢性能研究
2. 3 PASP 的结构表征 合成产物 PASP 的红外谱图见图 2O 目前 国内
尚没 有见到 关 于 研 制 PASP 的 专 门 报 道, 国 外 虽 有 关于 PASP 的专利, 但没有找到具体的红外谱图, 因 此该谱图缺乏相应的参照O 不过从本实验合成的 PASP 的 红 外 谱 图 中 还 是 可 以 得 到 一 些 宝 贵 信 息: 在 1 700 cm-1附近是酰胺基酸中羰基的特征峰, 羧 基在 2 679 cm-1有吸收振动, 998 cm-1是羟基的振
XIONG Rong-chun, DON G Xue-ling, WEI Gang < B6ljlHg UHlZ67Slz}0f Ch6?l Cl T6 hH0l0g}, B6ljlHg 1000Z 9, ChlHC) Abst r act , The PASP < polyaspartic acid) is synthesiZed by means of pyrocondensation polymeriZation, using maleamic acid as a monomer The inf rared spectrogram and molecular eight of synthetic products are determined The biodegradability, scale inhibition and relation of it ith molecular are in estigated The results sho that PASP is a biodegradable and e cellent green scale inhibitor The molecular eight range is Z 000~ 3 000. ey Or ds, polyaspartic acids pyrocondensation polymeriZations scale inhibitions biodegradability
聚天冬氨酸的合成及缓蚀性能研究
从保护环境和可持续发展的角度来看 ,“绿色 化 ”无疑是 21 世纪水处理剂发展的趋势 [ 1 ] 。聚天 冬氨酸 ( PASP)是目前国际公认的无毒 、可生物降 解 、对环境无害的绿色水处理剂 ,从而成为了研究的 热门 [ 223 ] 。目前聚天冬氨酸的合成通常采用 L 2冬氨 酸或马来酸酐与一些铵盐 , 尤其以碳酸氢铵为热 点 [ 4 ] ,以 L 2冬氨酸为原料可以达到比较好的阻垢缓 蚀效果 ,但是其成本较高 。以马来酸酐与一些铵盐 合成虽然成本较低 , 但达不到较好的阻垢缓蚀效 果 [ 5 ] 。课题以低廉尿素和马来酸酐等为原料合成 了 PASP。
78. 66
11 455
78. 43
10 357
83. 87
10 358
5. 44
1 098
由表 3可知 ,原料比对聚琥珀酰亚胺的转化率 的影响最大 ,其次是缩聚温度 ,催化剂的用量与缩聚 时间的影响较小 。缩聚时间对 PASP的分子量影响 最大 ,其次是原料比 ,再就是催化剂的用量 。从实际 的生产时间和性能方面来看 ,选用 A2B3 C2 D2 作为最 优实验条件 ,即马来酸酐与尿素的摩尔比为 1 ∶0. 7, 缩聚温度 200 ℃,时间 3 h,马来酸酐与催化剂的质 量比为 1 ∶0. 15。
2 结果与讨论
2. 1 PASP的表征分析 将分子量为 13 210 的 PASP 进行红外测试分
析 ,见图 1。
断分子结构中存在酰胺基团 , 且为仲胺 ; 1 593 ～ 1 800 cm - 1 两个肩峰以及 1 200 ～875 cm - 1的指纹 区都是羧酸基团 (COOH )的特征谱带 。又酰胺是仲 胺 ,这表明发生了聚合反应 。 IR 谱图分析结果表 明 ,产物的官能团呈现 PASP的官能团特征 。 2. 2 聚琥珀酰亚胺转化率优化
绿色水处理缓蚀剂聚天冬氨酸的研究进展
第22卷第1期上海电力学院学报V o.l 22,No .12006年3月J ournal of Shanghai Un ivers it y of E l ectri c Po w erM ar . 2006文章编号:1006-4729(2006)01-0071-04绿色水处理缓蚀剂聚天冬氨酸的研究进展*收稿日期:2006-02-28(特约稿)作者简介:徐群杰(1969 ),男,副教授,博士,江苏丹阳人.主要从事缓蚀剂、腐蚀电化学及光谱电化学等方面的研究工作.基金项目:国家自然科学基金(20406009);上海市曙光计划(04SG55);厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室项目(200512);上海市重点学科建设资助项目(P 1304).徐群杰,黄诗俊(上海电力学院能源与环境工程学院,上海 200090)摘 要:聚天冬氨酸具有高生物可降解性,是一种公认的环境友好型水处理药剂.综述了近年来聚天冬氨酸作为水处理缓蚀剂的研究进展;探索了其对碳钢、铜及铜合金在不同体系中的缓蚀效果;指出了复配聚天冬氨酸具有较好的缓蚀协同效应.复配聚天冬氨酸可作为今后绿色水处理缓蚀剂的发展方向.关键词:聚天冬氨酸;绿色水处理缓蚀剂;碳钢;铜;铜合金中图分类号:TG 174.4文献标识码:AProgress in t he Researc h on Polyas partic Aci d as GreenW ater Treat m ent Corrosi on Inhi bitorXU Qun ji e ,HUANG Sh i j u n(Schoo l of T hermal P o w er &Environ m ental Eng i neering ,Shanghai Universit yof E lectr ic Pow er,Shanghai 200090,Chi na)Abst ract : Polyaspartic ac i d (PASP)is green,b i o deg radab le and env ironm en t friend l y w ater treat m ent che m i c als .The progress i n the research on Polyaspartic ac i d as green w ater treat m en t corrosion i n h i b itor is rev ie w ed in deta i.l The i n h i b iti o n effects of PASP for carbon stee,l copper and copper alloys corrosion i n d ifferent so l u tions are summ arized .It is sho wn that the co m plex of PASP and sodiu m t u ngstate has a good syner g istic effec.t The co m plex o f PASP w ill be the trend o fdeve l o p m ent for green w ater treat m ent corr osion inh i b itor .K ey w ords : po lyaspartic acid ;green w ater treat m ent corrosi o n inh i b itor ;carbon stee;l copper ;copper a lloy随着国民经济的快速增长和社会的发展,水资源紧缺的矛盾越来越突出,因而以节约用水的环境保护为目的的水处理技术发展很快,但近期国际和国内水处理药剂大多采用磷系水处理缓蚀剂,存在着富营养化易引起水域菌藻繁殖,产生赤潮 公害的弊端.对此,国际上已提出禁磷限磷措施,如德国等提出排放水中P<1m g /L 等,我国虽未作出明确规定,但从环境保护角度出发,今后必然需要加以控制,并要求开发出新型环境友好型水处理缓蚀剂[1].聚天冬氨酸(P ASP)由于其清洁的制造工艺,而且利用后的聚天冬氨酸酯最终能被微生物或真菌高效、稳定地降解为环境无害的物质,因而被认为是一种较好的绿色可生物降解水处理药剂和水处理剂的更新换代产品,其生产工艺的研究,曾获得1999年美国 总统绿色化学挑战奖 .聚天冬氨酸的合成目前主要有两种工艺技术:一是以天冬氨酸为原料的热缩合法;二是以马来酸或马来酸酐为原料的合成法.其结构式一般有两种构型(见图1),分子量一般为3000~10000,呈浅色粉末状.在碱性条件下(p H =10~12)容易水解得到聚天冬氨酸盐.研究表明,聚天冬氨酸具有优异的阻垢分散性能和良好的缓蚀性能,目前国内外已对聚天冬氨酸的合成、结构、阻垢性能及可生物降解性能等方面做了大量研究[2~17],但对其有关缓蚀性能方面的研究还刚刚起步.结合本人的研究工作,本文综述了近年来聚天冬氨酸作为水处理缓蚀剂方面的研究进展并提出了今后的发展方向.图1 聚天冬氨酸的两种构型1 聚天冬氨酸对碳钢的缓蚀作用研究谷宁等采用电化学极化曲线和交流阻抗法研究了聚天冬氨酸溶液中碳钢的吸附缓蚀性能[18],讨论了PASP 浓度和温度对缓蚀效果的影响,结果表明:PASP 是一种以抑制阳极为主的缓蚀剂.在实验温度范围内(10~30 )PASP 在0.5m o l/L 硫酸溶液中对碳钢的缓蚀效率随温度升高而降低,并以10 时的缓蚀效果最好.在给定温度下,缓蚀率均随PASP 浓度的增加而迅速增加,但当PASP 质量浓度达到2.5g /L 时,缓蚀率的增加趋于平缓,10 下,缓蚀率的最高值可达80.33%(PASP 6.0g /L).PASP 在碳钢表面的吸附基本遵守Freundlich 吸附等温式,P ASP 的加入增大了碳钢的腐蚀反应表观活化能.李春梅等对盐酸中PASP 对碳钢的缓蚀性能测试表明:1m ol/L 盐酸中P ASP 对碳钢的腐蚀效率可达80.66%[19].PASP 与传统缓蚀剂乌洛托品的缓蚀效果相当,有望成为酸性环境的绿色缓蚀剂.朱志良采用SERS 技术对PASP 在模拟水中在碳钢表面的吸附性及碳钢的缓蚀机理进行了研究[20].结果发现PASP 对碳钢的缓蚀效率随着PASP 的浓度增大而逐渐升高,浓度在50m g /L 以上时,缓蚀率增加趋势变缓;浓度为100mg /L 时,对碳钢的缓蚀率达到93%.SERS 谱图表明聚天冬氨酸中的羧基的振动得到增强,故可以认为对碳钢的吸附是通过PASP 中的COO基团化学吸附在铁表面,具有电荷转移增强机制.由于采用单一聚天冬氨酸要得到较高的缓蚀效果,往往用量很大.因此,一些学者设想采用复配来提高其对碳钢的缓蚀性.霍宇凝等采用PASP 与锌盐的复配来提高其对碳钢的缓蚀性能[21].研究表明,加入锌盐与PASP 能大大提高碳钢的耐蚀性能,并减少PASP 用量.PASP 单独作用,投加量为100m g /L 时,缓蚀率为80%,而与2m g /L Zn 2+复配时只需加入50m g /L P ASP ,就可达到相同的缓蚀率.当加入100mg /L PASP 与2m g /L Zn 2+复配时,缓蚀率就可达到90%.采用俄歇能谱分析表明,在碳钢表面形成的膜以PASP Fe 螯合物和Fe 2O 3或Fe OOH 为主,膜厚约为4nm,且形成的膜吸附作用力大,吸附热高.李燕采用失重和极化曲线等方法研究了PASP 与钨酸盐对自来水中碳钢的协同缓蚀作用[22].结果发现,钨酸钠与PASP 对自来水中的碳钢有协同缓蚀作用,加入锌离子可将复配缓蚀剂的缓蚀率提高到97.68%.采用极化曲线法研究发现,钨酸钠 PASP 和钨酸钠 P ASP Zn 2+复配缓蚀剂均以抑制阳极反应为主.碳钢表面的荧光分析表明,介质中投加Zn 2+会使PASP 在碳钢表面的吸附量减少.碳钢表面膜的红外光谱表明,聚天冬氨酸中的羧基电离后,与碳钢表面的金属离子生成离子键.徐群杰采用交流阻抗法研究发现,PASP 与钨酸钠复配对3%NaC l 溶液中碳钢的缓蚀作用也有明显的协同效应,复配的缓蚀效果比加入单一PASP 明显增强[23].72上 海 电 力 学 院 学 报 2006年周晓蔚采用失重法和极化曲线法研究后发现,在缓蚀剂总浓度为50.5m g/L时,4种药剂复配,对自来水中碳钢显示出较好的协同效应,其最佳配比为10m g/L P ASP+0.5m g/L苯并三氮唑+10m g/L钼酸钠+30m g/L硅酸钠[24].电化学动电位极化曲线测试结果表明,复合水处理剂对阳极、阴极均有缓蚀作用.2 聚天冬氨酸对铜的缓蚀作用研究徐群杰等采用交流阻抗和极化曲线方法研究了环境友好型缓蚀剂聚天冬氨酸和钨酸钠复配对模拟水中铜的缓蚀作用[25].实验结果表明,单一聚天冬氨酸在P ASP=7m g/L时,对铜的缓蚀性能最佳,P ASP和二价铜离子形成的螯合物吸附在铜电极表面,抑制了对铜的腐蚀.在缓蚀剂总浓度一定时(7m g/L),聚天冬氨酸和钨酸钠复配对铜的缓蚀效果要比单一配方明显增强,其中以配比为1 1时缓蚀效果最好,并具有协同效应.对聚天冬氨酸和钨酸钠的单一配方,以及复配对3%NaC l溶液中铜的缓蚀作用研究表明[26]:聚天冬氨酸和钨酸钠各自的单一配方对于铜均具有一定的缓蚀效果,其中聚冬天氨酸在浓度为40m g/ L时效果最佳,钨酸钠在浓度为350m g/L时效果最佳.在缓蚀剂总浓度为40m g/L时,聚冬天氨酸与钨酸钠配比为1 5时效果最佳,具有协同效应;在缓蚀剂总浓度为350m g/L时,聚天冬氨酸与钨酸钠配比为7 1,5 1,3 1,1 5,1 7时具有明显的缓蚀效果,且具有协同效应,其中以配比7 1为最佳.3 聚天冬氨酸对铜合金的缓蚀作用研究PASP不仅对碳钢和铜具有较好的缓蚀作用,而且对铜合金特别是黄铜和白铜(B10)也具有较好的缓蚀效果[27~30].对聚天冬氨酸和钨酸钠的单一配方,以及复配对模拟水中黄铜的缓蚀作用的研究表明:聚冬天氨酸和钨酸钠各自的单一配方对于黄铜均具有一定的缓蚀效果,其中聚冬天氨酸在浓度为15 m g/L时效果最佳,在缓蚀剂总浓度为20m g/L 时,聚冬天氨酸与钨酸钠配比为6 1时对黄铜的缓蚀效果最佳,并具有协同效应,其缓蚀率由加入20m g/L单一聚天冬氨酸的60%提高到复配时的90%左右.极化曲线研究表明,PASP和N a2W O4复配对黄铜的缓蚀机理主要呈现阳极性缓蚀剂性能.对聚冬天氨酸和钨酸钠的单一配方及其复配在3%N a C l溶液中黄铜和白铜(B10)的缓蚀作用研究表明:聚冬天氨酸和钨酸钠各自的单一配方对于黄铜和白铜(B10)均具有一定的缓蚀效果,其中聚冬天氨酸在浓度为40m g/L时对黄铜和白铜(B10)的缓蚀效果最佳;在缓蚀剂总浓度为40 m g/L时,聚冬天氨酸与钨酸钠配比为3 1时对黄铜和白铜(B10)的缓蚀效果最佳,且具有缓蚀协同效应,缓蚀率分别达到96%和97%.4 结束语综上所述,PASP作为一种新型绿色水处理缓蚀剂,对各种体系的碳钢、铜、黄铜和白铜等金属材料均有一定的缓蚀作用.若与另一种绿色水处理药剂钨酸钠复配还具有明显的缓蚀协同性能,因而可大大提高缓蚀效率.复配的PASP可作为绿色水处理缓蚀剂的发展方向,但其缓蚀协同作用机理还有待进一步研究,作为应用的有关条件还须进一步探索.参考文献:[1] D i ana Darlings.Green Che m istry App li ed t o Corros i on andS cale Inh i b it ors[J].M ateri al Perfor m an ce,1998,37(12):42 46.[2] Rob ert J Roos.Pol yaspartate S cale Inh i b 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绿色阻垢剂聚天冬氨酸的制备与性能研究
２ 实验部 分
很难用于大规模生产， 其它两种方法流程长 。 总之采 用 上述 ３种工 艺 ，制得 的聚 天冬氨 酸 的价格 较 昂贵 。
因此 ，开发 高效 的化学 合成 法是 大规模 生产 ＰＳ Ａ Ｐ的
２ １实验仪器 与试剂 ．
分析天平、三 口瓶、球形冷凝管、温度计、梨形
分液 漏斗 、Ｄ一 ３ 热式 电磁搅 拌器 Ｆ 集 马来 酸酐 、氨 水 ２ ％～ ２ 、Ｎ Ｏ ５ ８ ａＨ溶液 ２ ｏ ／ ｍ ｌＬ
１０℃，０ ４ Ｐ ４ ． Ｍ ａ条件 下 ，反应 ２ ５ｈ ． ，将 得 到 的混 合
物冷 却至 ７ Ｏ℃后 ， 盐酸 酸化至 ｐ ｉ２ ５ 再 冷却 至 用 ｈ ．，
★基 金项 目： 黑龙江 省 教育厅 科 学技术 研 究项 目资助 ，项 目编 号： １５ １０ ０ ５ ０６ 荆 国林 ，副教授 ，环 境工 程博 士 ，大庆石 油学 院化 学化 工学 院环 境工 程教 研室 主任 ，主 要从 事油 田化 学和 环境 工程 研究 。通 讯地址 ：黑龙 江 大庆 市 开发 区 大庆石 油学 院化学 化 工学院 ， １３ １ ５ ３８
关键 。 本文采用直接聚合法制备了 ＰＳ ，并对其 ＡＰ 阻垢性 能进行 了研 究 。
２ ２ 合 成 方 法 ．
◆ 氨化反 应 边 搅拌 ，边 向 ２ ０ Ｌ四 口烧 瓶 中加 入 ５ｍ
１ 合成原理
１ １分 步聚合 ．
波兰 的 Ｍ ｃ ｏｓ ｉＳ等人 用马 来酸 酐和 过量 氨 ａ ｈｗ ｋ
０ 引
言
室温 ，此 时天冬 氨酸 沉淀 析 出 ，将 沉淀 过滤 ，４℃下 水 洗后 得 到其 产 品 ，产率 为 ５ ％。天冬 氨 酸热缩 聚 ５ 制 得聚 琥珀酰 亚 胺 ，然后 用 ＮＯ ａＨ水解产 生 ＰＳ 。 Ａ Ｐ
环保型阻垢剂聚天冬氨酸的合成及性能评价
环保型阻垢剂聚天冬氨酸的合成及性能评价I. 前言- 环境污染对人类健康和生态环境的危害- 发展环保型阻垢剂的重要性及其应用前景- 本文旨在研究聚天冬氨酸作为环保型阻垢剂的合成及性能评价II. 合成聚天冬氨酸- 聚天冬氨酸的化学结构及合成方法- 实验步骤及条件- 反应机理III. 聚天冬氨酸的性能表征- IR、NMR、UV及荧光光谱表征- 热重分析及热稳定性测试- 石油和水中的分散性能测试- 阻垢性能测试IV. 对比实验与应用前景- 常规阻垢剂和聚天冬氨酸对比实验- 聚天冬氨酸的环保性能及应用前景V. 结论- 本文成功合成了聚天冬氨酸作为环保型阻垢剂- 聚天冬氨酸具有优异的性能表现- 聚天冬氨酸作为一种新型环保阻垢剂，具有广泛的应用前景参考文献I. 前言环境污染已成为人们关注的焦点问题，不仅会影响人类的健康，还会对生态环境带来不良影响。
防止环境污染变得尤为重要，其中阻垢剂作为一项关键技术应用于工业生产领域中，已经成为必要的任务。
随着人工化进程的加快，阻垢剂的应用范围也在不断扩展，以保证生产效益和生态环境的协调发展。
阻垢剂是一种在工业和生活中用于防止污垢、沉淀和水垢在设备表面形成的化学物质。
在许多工业领域中，例如石油化工、电力、机械、动力、建筑材料等领域，都广泛使用了阻垢剂。
然而，传统的阻垢剂一般采用有害化学物质，对环境造成污染，被广泛应用之后对人体健康和生态环境构成了严重威胁。
因此，发展环保型阻垢剂已成为一个重要的趋势。
聚天冬氨酸是一种天然的无毒生物高分子，具有良好的柔软性、透水性和吸水性能。
在环保领域的研究和应用中，聚天冬氨酸的合成和性能评价尤为重要。
因此，本文旨在研究聚天冬氨酸作为环保型阻垢剂的合成及性能评价。
本文将从合成聚天冬氨酸的方法、实验步骤、反应机理，以及聚天冬氨酸的性能表征，对其进行深入探究。
针对现有阻垢剂的应用现状进行对比实验，考察聚天冬氨酸作为阻垢剂的环保性能及其应用前景。
旨在提出聚天冬氨酸作为一种具有广泛应用前景的环保型阻垢剂推广使用，以便推动环境保护的发展和实践。
绿色水处理阻垢剂的研究进展
绿色水处理阻垢剂的研究进展及发展方向李晓新谢富强吴艳利呼尔西旦（大港油田集团油田化学有限公司）摘要简要叙述了绿色水处理阻垢剂的应用现状，重点介绍了绿色水处理阻垢剂的性能特点，阐明了水处理阻垢剂的发展方向关键词绿色，阻垢剂，进展水是人类的生存之本，水资源的污染随着社会的进步，国内石油、化工工业的高速发展，石化、钢铁等行业大型、超大型换热设备的投入使用日趋严重，因此提高水的重复利用率，对水处理剂的要求也越来越高。
目前国内已研究了磷系、钼系、硅系、钨系等其他一系列接近国际水平的水处理阻垢剂。
国外阻垢剂的研究较早，从60年代末就开始使用天然聚合物阻垢剂，70年代后期开发出含磷聚合物兼具缓蚀和阻垢双重性能的水处理剂；90年代相继开发出了几种环境友好型的阻垢剂。
近年来国外的研究仍然是以有机膦酸类、聚合物类和绿色阻垢剂为主要研究对象。
1 水处理阻垢剂的分类水处理阻垢剂按照化学结构分为聚羧酸类、有机磷酸盐类、有机磷酸酯类，祥见表1。
表1阻垢剂的种类目前，随着对阻垢剂的环保要求的日渐提高，绿色阻垢剂的概念已被提出并成为目前及今后的发展方向。
现将绿色水处理阻垢剂列表如下。
表2 绿色水处理阻垢剂的种类2 绿色阻垢剂的性能特点2.1天然聚合物阻垢剂用于研制阻垢剂的天然高分子主要有木质素、单宁、腐殖酸钠、壳聚糖、淀粉、纤维素等。
但由于它们投加量大、费用高、杂质含量高、高温高压条件下稳定性差,目前只有小型的水处理系统仍在使用，以及应用于复合配方中。
但因为天然聚合物的无毒或毒性低的性质，近年来对其进行改性与其它聚合物复配的研究，现在用的大多为磺化木质素和壳聚糖,通过改性, 阻垢性能得到了很大提高。
木质素分子中含有醚键、碳碳双键、苯甲醇羟基、酚羟基、羰基和苯环等，这些基团可发生烷基化、羟甲基化、酯化、酰化等反应。
这些基团中氧原子上的未共用电子对能与金属离子形成配位键,生成木质素的金属螯合物,从而具有阻垢性能。
木质素经过化学改性,可进一步提高其阻垢性能,如经烷基化改性后的木素磺酸盐对Ca2 +的螯合能力能从40 mg/g 增加到146 mg/g ,可用作循环冷却水系统中的阻垢剂。
绿色环保阻垢剂聚天冬氨酸的合成及性质研究
摘要 ： 以马来酸酐和尿素为合成聚天冬氨 酸（ Ａ Ｐ ， Ｐ Ｓ ） 考察 了磷 酸和 三氯化铝 两种催 化剂 的催化作 用 ， 时利 用静 同
态阻垢 法评价 了 Ｐ Ｓ Ａ Ｐ的 阻垢性能 ， 测定 了 Ｐ Ｓ Ａ Ｐ与氨基 三甲叉膦 酸（ Ｔ Ｐ 复配物的 阻垢性 能， ＡＭ ） 结果表 明 ： 原料 在
Ｑ ｎｄ ｏ ２ ６ ５ ，Ｃ ｉａ ｉｇａ ６ ５ ５ ｈｎ ） Ａ ｓ ａｔ Ｔ ｅｐ ｌ ｓａ ｉ ａｉ（ Ａ Ｐ ｓ ｒｐ ｒｄｗｔ ａｅ ｎ ｙｒ ｅａ ｄｕｅ ｓ ａｅ ａ， ｅｃｔ ｂ ｔ ｃ ： ｈ ｏｙ ｐｒ ｃ ｃ Ｐ Ｓ ）ｉ ｐｅａｅ ｉ ｍ ｌ ｃａ ｈｄ ｄ ｎ ｒａａ ｔ ｌｔ ａ ｒ ａ ｔ ｄ ｈ ｉ ｉ ｍ ｒ ｈ ｉ —
ａｙ ｉ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｏ ｎ Ｃ１ ｒ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｙ ｓａｉ ｃ ｌ ｎｈ ｂｔｏ ｔ ｏ ｔ ｃ ｌ ｎ ｉ — ｌ ｔ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆＨ３ ｃ ＰＯ４ａ ｄ Ａ１ ３ａ ｅ ｉ ｖ ｓｉ ｔｄ ｂ ｔｔｃ ｓ ａ ｅ ｉ ｉ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ，ｈｅ ｓ ａ ｅｉ ｈ ｂｉ ｇ ｉ ｔ ｎ ａ ｉｉ ｆｔ ｅ ｃ ｍｐｌｘ ｏ ＡＳ ａ ｄ ＡＴＭＰ ａ ｅｄｅｅ ｍｉ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔｓ ｏ ｉ ｂ ｌｔ ｏ ｈ ｏ ｏ ｙ ｅ ｆＰ Ｐ ｎ ｒ ｔｒ ｎ ｄ．ｈｅｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ。 ｅ ａ ｍａｅ ｉｌｒ ｔ ｓ ｗｈ ｎ ｒ ｗ ｔ ｒａ ａ ｉ ｉ ｃ
第 ４期 （ ） 上
郝 文月等 ： 绿色环保 阻垢剂聚天冬氨酸 的合成及性 质研 究
・ ７・ ３
绿 色 环保 阻 垢 剂 聚天 冬 氨 酸 的合 成 及 性 质 研 究
郝文月 ， 李 鸿 ， 李 洁 ， 张志庆
新型聚合物阻垢剂聚天冬氨酸的合成与性能
第 10 期
霍宇凝， 等： 新型聚合物阻垢剂聚天冬氨酸的合成与性能
・ 583 ・
制备过程到实际应用均对环境和人体无害。 （2） 聚天冬氨酸可耐高温， 热稳定性好， 是一种 可应用于高温水系统的水处理剂。 （3） 在 低 投 加 量 的 情 况 下， 相对分子质量为 这为 4000 的聚天冬氨酸具有最为优良的阻垢性能， 今后制备这一阻垢剂提供了依据。 （4） 聚天冬氨酸阻垢性能优异、 投加量少。用量
2000 - 05 - 06 " 收稿日期： 注： 此文已于 1999 年 12 月 16 ~ 18 日在中国化工学会精细化工专业委员会主办、 华东理工大学承办的 “99 全国水处理、 节水节能、 环保精 细化学品学术交流会” 上交流。— — —编者
・ 582 ・
精细化工
FINE CHEMICALS
剂， 对环境没有毒性， 可完全生物降解成对环境无害 的终产物。利用后的 PASP 可高效、 稳定地被微生 物、 真菌降解为对环境无害的终产物， 同时作为阻垢 剂特别适用于抑制冷却水、 锅炉水及反渗透膜处理 中的碳酸钙等的成垢 。
［4］
1 实验
1.1 聚天冬氨酸的合成 1 . 1 . 1 原料 主要原料 ! -天冬氨酸的质量参数见表 1。
外观性状
近年来， 随着各国工业生产迅速发展， 工业用水 日益增多， 特别是用于水冷系统， 其用水量约占工业 用水总量的 80% 以上， 同时不同国家和地区的环保法
［1， 2］ 规日趋严格， 这就促使水处理技术得以迅速发展 。
!-天冬氨酸的质量参数
（氯化物） " 其他氨基酸 /% < 0.020 未检出 pH 2.5 ~ 3.5
从表 2 中可以看出， 聚天冬氨酸的玻璃化转变 温度和分解温度都较高。说明其可耐高温， 热稳定 性好， 是一种可应用于高温水系统的水处理剂。 热失重分析： 根据聚天冬氨酸的 TG 谱图得到 的热失重变化见表 3。
聚天冬氨酸的合成及表征【文献综述】
毕业论文文献综述应用化学聚天冬氨酸的合成及表征一、聚天冬氨酸的研究现状和前景：随着经济社会的发展,水溶性高分子材料的应用量逐年增加, 比如在工业冷却水循环系统中，一般要加入水处理剂以控制结垢、腐蚀等问题，而聚丙烯酸和聚丙烯酰胺类水处理剂的阻垢效果虽好，却不能生物降解，造成严重的环境问题。
因此,可生物降解的水溶性高分子材料成为近年来的研究热点。
国外成功开发的水处理剂聚天冬氨酸( Polyaspartic acid ,简称PASP)就是这样一类“绿色”产品。
聚天冬氨酸天然存在于软体动物和蜗牛类的壳中,是由天冬氨酸(Aspartic acid ,简称ASP) 单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物,具有类似蛋白质的酰胺键结构,可完全生物降解成对环境无害的终产物,无毒无污染,是一类对环境友好的绿色聚合物[1]。
是受海洋动物代谢过程启发而开发成功的一种绿色阻垢剂，特别适用于抑制冷却水、锅炉水及反渗透膜处理中的碳酸钙等的成垢[2]。
使用聚天冬氨酸可高效、稳定地被微生物降解为对环境无害的终产物，具有很好的生物降解性，无毒无污染，是公认的绿色聚合物和水处理剂的更新换代产品。
研究证明,水溶性聚天冬氨酸具有阻垢、缓蚀、分散、螯合、保湿等多种功能[3],市场前景很好,经济效益和社会效益非常可观。
20世纪90年代初自美国Donlar 公司开发成功以来,聚天冬氨酸的合成及应用已经成为各发达国家竞相研究的热点[4],美国、德国已相继建成了较大规模的生产装置并成功运转[5-6]。
国内对聚天冬氨酸的研究还处于起步阶段[7]。
二、研究方法及合成思路：聚天冬氨酸是天冬氨酸单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物。
它的分子链的形式可有两种:聚天冬氨酸的合成目前主要有两条工艺路线：一是以L-天冬氨酸为原料的热缩合法二是以马来酸或马来酸酐为原料的合成法。
1、L-天冬氨酸热缩聚以L-天冬氨酸为原料，采用固相、液相或在分散介质中热缩聚，制得环状的聚琥珀酰亚胺（PSI）[8]，然后在碱性条件下水解即得PASP。
绿色水处理剂
绿色水处理剂——天冬氨酸摘要：本文简单介绍了绿色高分子材料的发展状况，重点综述了可生物降解性聚天冬氨酸的性能、合成、改性以及其应用等。
关键词：绿色高分子聚天冬氨酸污水处理随着新技术的发展和应用，各种各样的新的高分子材料异军突起，在各生产部门和人们的生活领域得到广泛的应用。
尽管它们有诸多优点，但是随着应用时间的增加，越来越多的环境问题也显现出来，因此社会和科技都在呼吁高分子材料要绿色化，于是高分子领域掀起了一片绿色浪潮。
在污水处理方面，研究开发了新型淀粉及羧甲基淀粉基高分子系列絮凝剂，以天然高分子壳聚糖为原料合成的壳聚糖季铵盐是一种无害的絮凝剂木素及其衍生物，聚合硅硫酸铁无机高分子絮凝剂等高分子材料在不同类型的污水处理上效果甚好。
在生活方面，绿色汽车增光护理剂、绿色教具的问世不仅外观美而且减少了环境污染，而聚乳酸制品的生产应用大大减少了传统塑料制品所造成的白色污染问题，聚天冬氨酸以其优异的阻垢和分散性以及良好的可生物降解性也倍受青睐。
在阻燃材料上，有机硅阻燃剂、纳米级阻燃剂以其良好的性能显示了巨大的生命力。
在合成纤维方面，胶原蛋白与壳聚糖共混纤维的合成，不仅提高了废旧皮的利用率，也减少了环境污染，同时又具有很好的性能。
在无污染的新材料方面，出现了很多新的环保和医用新材料：在溶剂的选用上，超临界二氧化碳作为高分子聚合和高分子化学的反应介质，以其特有的性质受到了广泛的关注，成为挥发性溶剂和助剂的理想替代品。
在农业方面，可生物降解的塑料薄膜和高分子包覆肥料等材料的应用有很好的前景。
在催化剂方面，仿酶催化成了研究的热点之一，它是实现绿色高分子目标直接而有效的途径。
聚天冬氨酸（PASP）属于聚氨基酸中的一类。
聚天冬氨酸因其结构主链上的肽键容易受微生物、真菌等作用而断裂，最终降解产物是对环境无害的氨、二氧化碳和水。
因此，聚天冬氨酸是生物降解性好、环境友好型化学品。
聚天冬氨酸的用途广泛。
它广泛应用于肥料增效、工业水处理、金属切削液、日用化学品、油田二次采油的注水助剂等领域。
绿色水处理剂-改性聚天冬氨酸的制备及其缓蚀性能研究
果 表 明 ： 择 以熔 融 聚合 法 所得 的 前 驱 体 聚 琥 珀 酰 亚 胺 为 母 体 ， 乙醇 胺 对 其 进 行 开 环 ； 当 Ｐ Ｉ ３ｇ乙 醇 选 以 且 Ｓ 为 ，
Ｔ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｅ ｎ Ｗ ａｅ ｒ ａｍｅ ｔＲｅ ｇ ｎ ｈ ｔ ｄ ｎ Ｇｒ ｅ ｔｒＴ ｅ ｔ ｎ ａ ｅ ｔ—Ｍ ｏ ｉ ｅ ｓ ｄｆ ｄ Ｐａ ｐ ｉ ａ ｄ Ｉｓ Ｃｏ ｒ ｓｏ ｎ ｂ ｔｏ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｒｏ ｉｎ Ｉ ｈｉｉｉｎ Ｐ ｒｏｍａ ｃ
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肥料增效剂-聚天冬氨酸研究进展
肥料增效剂—聚天冬氨酸研究进展石家庄开发区德赛化工有限公司邢振平李峰摘要：本文从机理、功效等方面，对聚天冬氨酸这一新型肥料增效剂进行了概述，重点介绍了其在化肥中的添加工艺、检测方法以及产品质量控制、新产品方面的研究进展，并呼吁建立聚天冬氨酸化肥行业标准。
关键词：肥料增效剂聚天冬氨酸农业研究进展1、聚天冬氨酸在农业上的应用聚天冬氨酸是一种人工仿生合成的水溶性高分子物质，具有无毒、无公害、可完全生物降解的特性，是国际公认的“绿色化学品”，符合国家产业政策。
从空间结构上讲，聚天冬氨酸是一个含有羧基和胺基活性基团的大分子物质。
这个大分子，利用它的络合能力，使土壤中被固定的养分元素溶于水，随水移动到作物根部，其所携带的阳离子养分与作物根进行离子交换，而大分子量的聚天冬氨酸并不被作物吸收利用，又重新络合土壤溶液中的养分离子。
如此反复，聚天冬氨酸就像一条船，将土壤中的养分离子源源不断的运到作物根部，供作物吸收利用。
另外，聚天冬氨酸通过络合带正电荷的钙、镁、铁等离子，保护了磷酸根离子，从而使磷被作物自由的吸收。
还有，聚天冬氨酸能明显促进作物根系生长，从而提高了作物吸收养分的能力。
聚天冬氨酸作为新型肥料增效剂，可以强化作物对氮、磷、钾及中微量元素的全面吸收，从而提高肥料利用率，增加作物产量，改善作物品质。
根据国内外的研究和应用效果显示，聚天冬氨酸作为肥料增效剂效果确实，适用于多种作物和土壤，其主要功效表现在：1.1 提高肥料利用率。
与其他提高化肥利用率方法的比较，其效果如表1所示。
表1 不同增效剂的效果比较结果表明：（1）目前其他提高肥料利用率的方法对微量元素均无效。
（2）包膜肥料比普通肥料成本提高20-700%(5)。
1.2 促进生长，增加产量。
国内外试验证明：不同的作物对聚天冬氨酸和化肥混合使用反映出相同的结果，即产量增加约9～30%，经济效益显著提高（6-11）。
1.3 改善作物品质。
聚天冬氨酸通过促进中微量元素的吸收，达到了作物养分的协调供应，改善了作物品质；避免了营养不良和使用激素引起的畸型果、秃尖、裂果和着色不好等情况（6、12）。
绿色阻垢剂聚天冬氨酸的合成试验
式 真空泵 ，数 显恒 温 磁力搅 拌 器 ，红外 光谱 仪 。 ２ ）药 品 马来 酸 酐 ，氨水 ，氢氧 化钠 ，磷 酸 ，无水 乙醇 等 ，均 为 市售 分析 纯 。
１２ Ｐ Ｓ ． Ａ Ｐ的 制备 在 ２ ０ 四 口烧 瓶 中加 入 ９ ８ ５ ｍｌ ． ｇ马来 酸 酐 、７ ５ 去 离子 水 和一 定 体 积 的浓 Ｈ。 Ｏ ，搅 拌 ，然后 在 ． ｍｌ Ｐ ８ ℃水浴 中加 热 ３ ｍｉ ，冷 却 至室 温 ，停 止搅 拌 。按 照 计量 比缓 慢加 入质 量 分数 为 ２ 的浓氨 水 ，逐渐 ０ ０ ｎ ５ 升温 并开动 搅 拌 ，在 ８ ￣ ０Ｃ下反应 ３ ，得 透 明玻璃 状 液体 ，然 后 置 于恒 温 鼓 风 干燥 箱 中 ，在 一 定 温 度下 ｈ 反应 一定 时 间得 到 红棕 色 固体 ，即为 聚 合物 中间体 聚琥 珀酰 亚胺 （ Ｓ ） Ｐ Ｉ。 将聚琥 珀酰 亚胺加入 到一定 浓 度 的 Ｎ ＯＨ 溶 液 中 ，搅 拌 ，在 一 定温 度 下水 解一 定 时 间 ，得 红棕 色溶 ａ 液 ，用盐 酸调节 ｐ 值 至中性 ，再用 乙醇沉 析得 到沉 淀物 ，减压抽滤 ，干燥 ，即可得到 Ｐ Ｐ固体产 物 。 Ｈ ＡＳ １ ３ 阻硫酸 钡垢 性能 测定 ． 采用 静 态 阻垢法 ，按 照石 油 天然气 行 业标 准 ，对 合 成产 物做 阻硫 酸钡 垢性 能试 验研 究 。试 验条 件
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长江大 学学报 （ 自然 科 学 版 ） ２０ 年 ６ 第 ５ 第 ２ ： 工 ０８ 月 卷 期 理 Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ａ ｇｚ ｎｖｒｉ （ ａ ｃ Ｅ ｉ Ｊ ｎ ２ ０ 。Ｖｏ． ． ：Ｓ ｉ Ｅ ｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｔ Ｕ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｔ ｉ ｄ ｔ Ｙ ｅ ｔ Ｓ ） ｕ ．０８ １５ Ｎｏ ２ ｃ ＆ ｎ
聚天冬氨酸性能及应用研究进展
摘
要 ： 随着环境保护意识的增强和环境标准的提高，环境友好型化学品的性能和应用研究已成
为重要研究课题。聚 天 冬 氨 酸 （P A S P )是一种新型绿色环保型材料，具 有 无 毒 、易 降 解 、生物相容性
好 等特点，已经广泛应用于化学、化 工 、水 处 理 、医 药 和 卫 生 等 领 域 该 文 就 PA SP的 络 合 性 、界面性
P A S P 和肥料配合使用后能够大幅度增加肥料 的 利 用 率 ，提 高 农 作 物 产 量 ，可 用 作 肥 料 增 效 剂 。 覃小红等研究表明，施 用 P A S P 可提高肥料利用率 达 2 0 % ~ 4 0 % , 减少 肥 料 用 量 2 0 % ，可使粮食作物
基金项目： 辽宁石化职业技术学院课题（项目编号：LSHYY1919) 收稿曰期： 2020-12-15
2 PASP的界面性质
P A S P 是一种表面活性剂，_具有吸附、润 湿 、 乳 化 、增 溶 、分散等界面性质，常用于缓蚀剂、降 黏 剂 、分散剂等。 2.1 P A S P 用于缓蚀剂
缓蚀作用机理主要有3 种理论：成膜理论、吸 附膜理论和电化学理论P A S P 的羧基~铜离子、 铁离子结合形成螯合物，使 P A S P 在铜或铁物质表 面吸附，形成一层保护膜，故 P A S P 所砬用到的缓 蚀 机 理 主 要 是 吸 附 膜 理 论 P A S P 缓蚀剂克服了市 面上现W 的有机羧酸类、聚磷酸盐类、有 机 胺 类 、 咪 唑 类 等 缓 蚀 剂 高 温 易 分 解 等 缺 点 ，成 为环境 友 好 型缓 蚀 剂 丨 I ( P A S P 在性能上与H 前市售的阻垢剂 仍有一定的差距，无 法 在 I :业水处理中得到广泛的 应 用 ，需 要 开 发 P A S P 衍 生 物 来 提 高 综 合 性 能 ： M ig a h c d 等[21)]合成 了 一 种 加 入 甘 氨 酸 的 P A S P 衍生 物 ，此衍生物投加量为250 x 10 6时的最大缓蚀效率 为 83.8%,投 加 量 为 125 x 10—6时的阻垢率为90.2%。 G a o 等121]使用聚琥珀酰亚胺、2-氨基乙磺酸和天冬 氨 酸 合 成 P A S P 衍 生 物 ，此 P A S P 衍生物对海水中 A 3 钢具有较好的缓蚀率，并具有优良的阻垢性能， 投 加 量 为 14 mg l/ 1时 阻 垢 率 可 达 到 1 0 0 % 。 2.2 P A S P 用于降黏剂
绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能
绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能张尔赤;刘延平;孔炎炎;李素华;贾福强;于跃芹【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2012(032)006【摘要】以马来酸酐(MA)与氨水为原料热缩聚法合成聚天冬氨酸阻垢剂,分别考察了原料配比、热缩聚温度和热缩聚时间对产物的阻垢性能的影响,得到最佳合成条件:n(MA)∶n(NH3)为1∶2.0,热缩聚温度240℃,热缩聚时间3h.当实验水中Ca质量浓度为240 mg/L时,聚天冬氨酸阻垢剂的阻垢率达到72％,适用于低矿化度的工业循环冷却水和油田回注水.同时使用L-天冬氨酸对聚合物开环改性,其阻垢率可达到87％.【总页数】3页(P43-45)【作者】张尔赤;刘延平;孔炎炎;李素华;贾福强;于跃芹【作者单位】青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学化学与分子工程学院生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ085+.4【相关文献】1.多支化聚天冬氨酸衍生物的合成及其阻垢性能研究 [J], 陈智慧;柳鑫华;韩婕;王庆辉;郗海龙;王洪辉;洪亮2.聚天冬氨酸与含磷阻垢剂复配产品的阻垢性能 [J], 潘明;王亚权;刘腾飞;侯永江3.微波辐射合成阻垢剂聚天冬氨酸及阻垢性能研究 [J], 卢园;王剑波;曹怀宝;江章应;刘丛峰4.聚天冬氨酸-亚氨基二乙酸聚合物的合成及阻垢性能研究 [J], 郭心瑜; 赵晓伟; 程亚敏; 杜芮; 李晓洁; 许英5.N-氨基甲酰马来酸接枝聚天冬氨酸聚合物的合成及其阻垢性能研究 [J], 杨晨飞;付博;郭心瑜;张小娟;蔡永红;程亚敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
聚天冬氨酸的研究及应用进展_王海平
聚天冬氨酸的研究及应用进展王海平, 海 霞, 李春梅, 谷 宁(河北师范大学化学与材料科学学院,河北石家庄 050016)摘要:聚天冬氨酸是环境友好型高聚物,笔者介绍了近年来国内外对聚天冬氨酸在生物降解性、合成及阻垢缓蚀机理三方面的研究,并阐述了聚天冬氨酸在水处理、金属缓蚀、肥料增效及医药等领域的应用进展.关键词:聚天冬氨酸;生物降解性;水处理剂;缓蚀剂;肥料增效剂中图分类号:O 646 文献标识码:A 文章编号:1000-5854(2008)04-0517-06随着绿色化学理念的深入人心,人们越来越重视对环境的保护.因此,研究和应用环境友好型化学品受到广泛关注.其中,聚天冬氨酸(PASP)作为一种新型绿色高分子聚合物,它的无毒、易生物降解的优异特性成为目前国内外化学、化工、水处理、医药和卫生等领域研究的焦点之一.近年来,对聚天冬氨酸的深入研究及广泛应用取得了显著成果,笔者对其生物降解性、合成、阻垢缓蚀机理及应用情况进行了综述.1 聚天冬氨酸的降解、合成及阻垢缓蚀机理1.1 聚天冬氨酸的降解性研究聚天冬氨酸是一种带有羧酸侧链的聚合氨基酸,是天冬氨酸单体的氨基和羧基缩水而成的聚合物,有 , 2种构型.天然的聚氨基酸中聚天冬氨酸片段都是以 型形式存在的,而合成的聚天冬氨酸中大部分是 , 2种构型的混合物.Low 等报道热缩聚得到的聚天冬氨酸的 与 这2种构型的比例恒定为30 70[1].因其结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而断裂,最终降解产物是对环境无害的水和二氧化碳[2].T om ida 等报道聚天冬氨酸水凝胶在活性污泥中的生物降解速度为28d 达到50%[3].也有文献证实,聚天冬氨酸28d 的降解率可达到76%[4].陆柱等用OECD 方法,以葡萄糖为参照物,研究了平均分子量分别为4500,10000,33000的聚天冬氨酸的生物降解性.结果表明,28d 后,CO 2的释放量分别为83.2%,73%和80.5%[5].陶虎春等[6]研究了聚天冬氨酸在水溶液中的生物降解性,应用CO 2产生试验方法(研究聚天冬氨酸降解性的一种试验方法)的研究表明,聚天冬氨酸的降解率10d 为18.5%,28d 为66.9%.进一步的研究表明,水溶液中存在4.2 10-4mol/L 的Ca 2+,Mg 2+,Fe 3+和Zn 2+没有对聚天冬氨酸的降解率产生严重影响,而存在4.2 10-4mol/L 的Cu 2+和H g 2+则导致聚天冬氨酸的降解率大幅度下降,并且得出,以天冬氨酸单体作原料制得的产品的生物降解性优于以马来酸酐和氨水为原料制得的产品,28d 降解率高出14.1%.黄远星等通过摇床试验法,以COD M n 为指标研究了聚天冬氨酸的生物降解性,该试验分别测定了高浓度和低浓度聚天冬氨酸在接种物(上海曲阳污水处理厂的活性污泥,经曝气48h,沉淀2h,弃去上清液,备用)作用下的降解情况.结果表明:在有足够数量微生物存在的情况下,低浓度聚天冬氨酸可以被很好地降解,其降解率在10d 内可达到80%以上.高浓度的聚天冬氨酸也能得到较高程度的降解,其降解率在20d 后可达70%[7].由此可见,在适当的降解条件下,聚天冬氨酸是易生物降解的高聚物.除此之外,有学者利用昆明种小鼠急性毒性实验、Ames 实验、小鼠骨髓嗜多染红细胞微核实验研究了聚天冬氨酸的一般毒性与致突变性.结果显示:聚天冬氨酸既无毒性也无致突变作用[8].这为安全使用聚天冬氨酸提供了依据.聚天冬氨酸的安全性和环境友好性特点恰好符合绿色化学的要求,对其进行应用开发研究非常有意义. 收稿日期:2006-12-25;修回日期:2007-03-13基金项目:河北省自然科学基金(B2006000131);河北省教育厅科学研究基金(200502022);河北师范大学科学研究基金(L2004Y05)作者简介:王海平(1981-),女,河北黄骅人,硕士研究生.通讯作者:谷 宁(1957-),女,教授,主要从事电化学的研究.E-mail:gu-ning@第32卷/第4期/2008年7月河北师范大学学报/自然科学版/J OU RNAL OF HEB EI NO RMAL UNIV ER SITY /Natu ral Scien ce Edition /Vol.32N o.4Jul.20081.2 聚天冬氨酸的合成聚天冬氨酸的合成从反应相态上可以分为固态相聚合、液态相聚合和气态相聚合.在固态相聚合法中,日本的Harada K 利用微波的方法虽然缩短了反应时间,但是价格较昂贵.在液态相聚合法中,需要用酸作为催化剂,而且,为了加快脱水还要利用机械搅拌或加入缩水剂,实验过程比较烦琐.在气态相聚合法中需要用CO 2,H Cl 等酸性气体作为催化剂.聚天冬氨酸的合成主要有4种工艺路线:1)L -天冬氨酸为原料的热缩合法;2)L -天冬氨酸的催化聚合法;3)马来酸酐和氨水先进行化学反应,然后进行缩合聚合;4)马来酸酐和铵盐或胺类物质反应并直接聚合.以L -天冬氨酸为原料的热缩合法,其反应过程容易控制且重复性好,转化率可达到94%,可以制取低色度且相对分子量大的聚合物.缺点是天冬氨酸成本高,缺乏竞争力.同时,以马来酸酐为原料制得的产品相对分子量较小且产率偏低,温度高时容易使产品颜色加重[9].因此,需要开发既能降低成本、简化工艺过程又能提高产量和质量的合成方法.1.3 聚天冬氨酸作用机理目前,对聚天冬氨酸在阻垢和缓蚀2方面的研究最多,以下重点介绍其阻垢机理和缓蚀机理.1.3.1 聚天冬氨酸阻垢机理刘欣等[10]认为,在pH <8.0的水溶液体系中,聚天冬氨酸对碳酸钙的阻垢机理是:一部分Ca 2+与聚天冬氨酸的COO 成盐,另外有极少的Ca 2+与聚天冬氨酸形成络合物;Ca 2+与聚天冬氨酸结合后,聚天冬氨酸中庞大的疏水基团阻隔了Ca 2+与CO 32-的接触,起到了很好的阻垢作用.陆柱等[5]认为,聚天冬氨酸对碳酸钙之所以具有优异的阻垢性,是因为聚天冬氨酸使碳酸钙晶体发生畸变,碳酸钙由规则的六面体变为不规则形状,使碳酸钙晶体难以有规则排列而沉积成垢.杨红健等[11]利用SEM 技术对碳酸钙在不同条件下的垢型变化进行了分析,认为聚天冬氨酸的分子结构中同时存在酰氨键和羧基键,集中性型和阴离子型阻垢剂于一身.加入5mg/L 聚天冬氨酸后,由于它可以和2个或多个Ca 2+螯合形成稳定的五元环或六元环,以及双五(六)元环等形式的立体结构的双环或多环螯合物,这些大分子的多环络合物是疏松的,可以分散在水中或混入钙垢中,干扰了CaCO 3晶格的正常生长,而且还使CaCO 3垢的晶体结构发生很大的畸变.也有文献认为,碳酸钙垢的(211)晶面上含有相等数量的Ca 原子和O 原子,因此处在晶体表面的Ca 2+可以与同表面上的CO 32-中的O 原子及晶体本体内的1个O 原子配位,此时还剩余1个八面体顶点,成为晶面上的暴露点[12].根据该理论,张建刚等进行了聚天冬氨酸的改性研究,认为含膦酰基聚天冬氨酸衍生物N-(2-膦酰基甲基)天冬酰氨酸/天冬氨酸共聚物的阻垢机理是:处于聚天冬氨酸分子侧链上膦酰基可以提供配位电子与CaCO 3晶体表面的Ca 2+配位化学键,牢固地吸附在表面,改变晶体正常状态,从而阻碍其成长为较大结晶[13].1.3.2 聚天冬氨酸缓蚀机理由于金属腐蚀和缓蚀过程的复杂性以及缓蚀剂的多样性,缓蚀剂的缓蚀作用机理主要有3种理论:成相膜理论、吸附膜理论和电化学理论[14].聚天冬氨酸的缓蚀机理主要以吸附膜理论来解释.从聚天冬氨酸的分子结构看,实际上是一种水溶性的大分子多肽链,以肽键(CO NH )来增长肽链.其中的极性基团较多有羧基、羰基、氨基和氮氢基.由于羰基中的氧原子和氮原子都含有孤对电子,而且数量较多,羰基中的氧原子还含有 键,均可与Cu 原子的d 空轨道产生化学吸附,使这些极性基团在金属表面作定向排列;而非极性基团则产生较大的空间位阻作用,阻碍H +向金属表面扩散而抑制阴极的还原反应,因此阻碍阳极金属的腐蚀.另外,聚天冬氨酸和Cu 2+形成螯合物吸附在铜表面抑制了铜的腐蚀[15].文献[16]认为,由于聚天冬氨酸的极性基团(COOH ,NH 2)吸附于金属表面,改变了双电层的结构,提高了金属离子化的活化能;而非极性基团(由C,H 原子组成)远离金属表面作定向排布,形成一层疏水膜,成为腐蚀反应物扩散的屏障,使腐蚀反应受到抑制.2 聚天冬氨酸的应用2.1 聚天冬氨酸在水处理领域的应用近年来,国外研究者针对现有阻垢剂的缺憾,研究出聚天冬氨酸这种新型阻垢剂[17].聚天冬氨酸可以螯518合钙、镁、铜、铁等多价金属离子,尤其能够改变钙盐晶体结构,使其形成软垢,可以作为一种新型绿色水处理剂,应用到工业循环冷却水处理及其他领域中[18].聚天冬氨酸作为绿色阻垢剂在水处理领域的应用是世纪之交国内外研究的热点.Sikes 和Wheeler 较早研究了聚天冬氨酸的阻垢性[19].韶辉等[20]研究了聚天冬氨酸对硫酸钙的阻垢性能,实验表明,聚天冬氨酸的投加质量浓度为4mg /L 时,阻垢率可达90%.徐耀军等[21]以L -天冬氨酸单体为原料,采用热缩聚法合成了聚天冬氨酸,并用静态阻垢法测得在Ca 2+和HCO -3均为250mg /L,pH 为9.97的水体系中添加5.0mg/L 的聚天冬氨酸,80 恒温18h 后,其碳酸钙阻垢率已接近100%,即使在碱度为1g/L 时,其阻垢率也较高,为94%.证明了聚天冬氨酸在高碱度水中仍能作为效果较好的水处理剂.尤秀兰等[22]的研究也证明了与较早使用的聚丙烯酸的阻垢性相比,聚天冬氨酸的阻垢活性要好得多,特别是在高浓度Ca 2+情况下,聚天冬氨酸仍具有较好的阻垢效果.早在十年前,美国Donlar 公司已经开始了对应用于油田勘探的聚天冬氨酸产品和技术的开发,最终开发成功并得以应用.作为油田中碳酸钙的阻垢分散剂,相对分子质量为3000~4000的聚天冬氨酸,当用量为0.2mg /L 时,阻垢率可达到88%;阻垢率达到100%的药剂质量浓度也仅为2.0mg/L [23].最近也有文献对此进行了研究,并且证明低剂量时,聚天冬氨酸阻碳酸钙垢性能要明显好于聚环氧琥珀酸(PESA)[24].这种油浆阻垢剂的成功应用,可以提高石油产品的质量,保护生产设备和增加企业效益.但是仍然不能忽略的是:根据目前研究表明,聚天冬氨酸本身的阻垢效果还达不到现在市售磷系阻垢剂(如羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸等)的阻垢水平,在实际应用中还不能直接取代一些对水体有污染的阻垢剂[25].因此,在这方面依然需要做大量的工作.2.2 聚天冬氨酸在金属缓蚀领域的应用Kalota 和Siverman 的研究[26]发现,聚天冬氨酸在pH 处于10以上时能得到较好的缓蚀效果.文献[27]研究了较低浓度的聚天冬氨酸在海水中的缓蚀情况,发现在pH 处于8~9时能达到较好的效果[27].聚天冬氨酸不仅在碱性介质中有良好的缓蚀效果,在中性介质中缓蚀效果也很好.华东理工大学防腐蚀中心早在1998年就开展了这方面的研究工作,采用旋转挂片法研究了相对分子质量分别为3000,4000,6000,7000的聚天冬氨酸对碳钢在自来水(总硬度为164mg/L,总碱度为81mg/L, (Ca 2+)=107mg /L, (Cl -)=70mg/L,pH=6.5~7.0)中的缓蚀性.结果显示,在该水质中,聚天冬氨酸低浓度时,缓蚀率均随浓度的增大而明显升高,不同相对分子质量的聚天冬氨酸都可在50mg/L 达到很好的缓蚀效果,缓蚀率在90%以上,质量浓度为200mg/L 时,缓蚀率接近100%.通过比较发现,相对分子质量为4000的聚天冬氨酸在不同质量浓度下都显示出较好的缓蚀性[28].周晓蔚等[29]研究了聚天冬氨酸在自来水中对铜的缓蚀效果,当聚天冬氨酸为40mg/L 时,铜的腐蚀速率为2.9 g/a <5 g/a (GB-1995规定值);聚天冬氨酸为50mg/L 时,缓蚀率约为95%.1996年,Grot 等[30]研究了在pH 为4~6的酸性体系中,相对分子量为1000~5000的聚天冬氨酸及其盐类作为二氧化碳腐蚀碳钢的缓蚀剂时发现:在腐蚀性盐溶液中,特别是在不含溶解氧的海水中,聚天冬氨酸在低浓度下能有效地抑制二氧化碳对碳钢的腐蚀.在人造海水中,质量浓度仅为50mg/L 的聚天冬氨酸对黄铜的缓蚀率可达81%.崔荣静等[31]研究了硫酸体系中聚天冬氨酸对碳钢的缓蚀作用.研究显示,在硫酸体系中,10 下,质量浓度为6.0g/L 的聚天冬氨酸对碳钢的缓蚀效率可以达到80.33%.有实验显示[32],在1mol/L 盐酸体系中,聚天冬氨酸对45#碳钢的缓蚀效率为80.66%.除此之外,聚天冬氨酸也可以作为缓蚀剂解决油田中CO 2对金属的腐蚀问题,并在海水淡化、纯水制备等方面具有良好的应用前景[33].这一系列研究都说明了聚天冬氨酸自身具有一定的缓蚀性.近年来有些化学工作者已经将聚天冬氨酸单独的缓蚀性研究扩展到与其他物质复配的研究方面,例如聚天冬氨酸与钨酸钠复配,这种复配物对模拟水中黄铜的缓蚀效果显示,在缓蚀总质量浓度为20mg/L,聚天冬氨酸与钨酸钠配比为6 1时,对黄铜的缓蚀效果最佳[34].对纯铜的缓蚀效果表明,在缓蚀总质量浓度为7mg /L 时,聚天冬氨酸与钨酸钠配比为1 1的效果最好,且均具有协同效应[35].文献[36]将聚天冬氨酸与阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配,研究其纯铜在盐酸中的缓蚀作用,复配结果表明,当聚天冬氨酸与十六烷基三甲基溴化铵配比为4 1(PASP 质量浓度为16mg /L,CTAB 质量浓度为4mg /L)519时,协同缓蚀效率为89.3%.同时,聚天冬氨酸分别与锌盐、钼酸盐、氧化淀粉复配等,也都取得了较好的复配缓蚀效果.这些研究结果都为进一步研究不同环境下的腐蚀情况提供了参考依据,有利于对聚天冬氨酸的缓蚀性做更广泛、更深入的了解.不过,目前所使用的绝大多数复配物价格都较昂贵,而且药剂使用量大,需要进一步开发新的复配缓蚀配方,以降低费用和提高缓蚀效率.2.3 聚天冬氨酸作为肥料增效剂的应用我国是一个人口大国,对粮食的需求量非常大,当前所面临的问题是耕地面积正在日益减少.如何解决这两者之间的矛盾,已成为社会关注的一大问题.聚天冬氨酸本身不是肥料,但它可以作肥料增效剂.聚天冬氨酸对金属离子具有螯合作用,一定分子质量的聚天冬氨酸(最优为2000~10000)可以富集N,P,K 及微量元素供给植物,使植物更有效地利用肥料,提高农作物的产量和品质[37].聚天冬氨酸的添加能够提高农作物产量,并能改善土壤质量[38].尽管我国目前在这方面的研究才刚刚起步,但可喜的是已经获得了聚天冬氨酸(重均分子量为4300)对玉米增产的良好效果[39].该试验中聚天冬氨酸与常量复混肥共同作用,其中聚天冬氨酸作为肥料增效剂,可以使玉米水培的生物产量增加53.8%.同时,玉米盆栽生物学产量增加13.4%,并且通过对盆栽后土壤样品的分析发现,聚天冬氨酸与复混肥的共同使用对土壤性质无明显影响.也有文献报道了聚天冬氨酸作为肥料添加剂对水稻生长的影响,经过聚天冬氨酸浸种的水稻比未经聚天冬氨酸浸种的长势好,同时肥料中添加聚天冬氨酸并且用聚天冬氨酸浸种的水稻,它们的长势效果要比肥料中不添加聚天冬氨酸而只用聚天冬氨酸浸种的效果好得多[40].还有研究报道80 g/L 的聚天冬氨酸就可以使芦柑一等果的产率明显提高,从而使经济效益大幅度增加[41].此外,聚天冬氨酸作为肥料增效剂也应用到了小麦及其他农作物的生产中,增产效果都很明显.总之,聚天冬氨酸在肥料增效方面一定大有可为.2.4 聚天冬氨酸在医药领域的应用聚天冬氨酸在医药领域的应用同样受到了国内外学者的关注,而且也取得了一定的成果.Nishiyama 等在聚合物胶束聚乙二醇(PEG)-聚天冬氨酸中包埋抗肿瘤药顺铂,其中疏水性的寡聚天冬氨酸可以起到稳定胶束的作用,从而使该胶束可以用作药物载体[42,43].这种聚合物胶束作为药用载体可使难溶药物增溶,且具有靶向作用,能降低药物对正常组织和器官的毒副作用[44].科研人员研究了聚天冬氨酸通过阻止含胺胍基物质的电生理学的变化来保护小管细胞[45].这是人类在人体细胞研究方面首次将聚天冬氨酸作为防止含胺胍基物质变化阻抗剂的范例.这一研究对整个医药界有着深远影响.郭玉芬等[46]研究指出,聚天冬氨酸对庆大霉素干扰耳蜗磷脂组织代谢有抑制作用,从而拮抗了庆大霉素所致溶酶体磷脂沉积病态及耳蜗毒性的发生.同时,有许多药物,如异烟肼(一种抗结核药物)、普鲁卡因(一种局部麻醉药)、组胺等具有NH 2基团且能与聚天冬氨酸的羧基形成酰胺基团而被键合到聚天冬氨酸分子链上,形成大分子药物.这些药物的控制和释放可以通过聚合物的降解或者药物共价键合点的断裂来实现[47].与此同时,聚天冬氨酸还具有较强的杀菌和抑菌功能.因此,在医疗上也可用作杀菌剂.目前,国内外医药界除了关注聚天冬氨酸本身的特性外,也关注着聚天冬氨酸的衍生物在药物控释体系的研究[48].可见,聚天冬氨酸在医药领域有潜在的发展空间.2.5 聚天冬氨酸在卫生领域的应用我国是一个卫生产品消费的大国,对卫生产品的需求量相当大.高吸水树脂作为一种优秀的吸水材料,在卫生产品中的应用具有很大的潜在市场.尽管如此,在目前来看,大多数高吸水树脂仍是较难生物降解的产品.因此,每年仍有大量难处理的废弃物对环境造成严重的污染.国外已经关注了这方面的问题并寻求具有水解性、可生物降解且成本较低的高聚物卫生用品来减少对环境的污染[49].聚天冬氨酸作为一种新型的高聚物,它可以与交联剂反应进一步合成超强吸水剂,这种吸水剂易降解,降解后可以作为肥料,对环境不产生任何污染[35].这种特点满足了卫生用品对高吸水树脂的要求,倍受市场青睐.国外已报道了聚天冬氨酸作为高吸水材料在这方面的应用[50,51].三井化学公司开发的交联聚天冬氨酸可以吸收自重500倍以上的水或自重50倍以上的生理食盐水[52].而传统的吸水材料如棉花、纸张、海绵、泡沫塑料等吸水倍率一般只有自重的20倍.与之相比,聚天冬氨酸有着吸水速度快、保水性好、加压也不会使水分离出来的独特优势,因此在卫生用品,尤其是在女性卫生巾和婴儿纸尿裤方面得到了广泛使用.聚天520冬氨酸所具有的既满足需求又保护环境的双重特点,为其在卫生领域的应用开拓了广阔的市场.尽管聚天冬氨酸作为高吸水树脂在卫生产品上的应用有很多好处,但由于价格和生产技术的问题,使它的推广应用仍有一定的局限性.面对这个问题,不仅我国,美国和日本等国家也都进行着大量的研究工作.一旦研究有所突破,对人类的生活和对环境的保护都将产生积极作用.2.6 聚天冬氨酸在其他领域的应用聚天冬氨酸可以作清洁剂[53],不仅可以代替有磷洗涤剂,而且由于它安全无毒、无刺激还可以添加于洗碗的洗涤剂中,其效果优于水和聚羧酸盐的清洗效果.它也可以作为钻井液降粘剂、水煤浆分散剂、洗涤增效剂等,还可应用到化妆品和保健品中.这些应用都会给工业生产带来极大的效益并为日常生活提供便利.3 展 望聚天冬氨酸作为一种新型的高聚物,具有良好的生物降解性,应用领域广泛,但是价格昂贵和推广技术不成熟的因素,使聚天冬氨酸的广泛应用还有难度.需要进一步研究和开发新方法,使聚天冬氨酸这种绿色化学品能够为生产带来更大效益,使生活更加便利.参考文献:[1] LO W K C,WH EELER A P,KO SKA N L mercial Poly(aspartic)A cid 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and applications of polyaspartic acid are studied.T he g reen chemical have been used as w ater treatment,corrosion inhibitor,synerg ist of fertilizer and applicated in medicine all over the w orld in recent years.Key words:polyaspartic acid;biodegradation;w ater treatment;corrosion inhibitor;synergist of fertilizer(责任编辑 邱 丽)522。
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２ ０ 年 第 ９期 ０８
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第 ３ 卷 总第 １５ ５ ８ 期
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（．广东森海环保装备工程有限公司，广东 广州 ５０ ５ ；２ １ １０ ０ ．华南理工大学 环境科学与工程学院， 广东 广州 ５ ００ ） １０ ６
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东
化
工
２０ ０ ８年 第 ９ 期 第 ３ 卷 总第 １５ ５ ８ 期
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注 。８ 年 代 ，国外 曾出现 过 含磺 酸 基 团 共 聚 物 的 开发 热 潮 。但 Ｏ
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近年来 ， 随着各 国工业 生产 的迅速发展 ， 工业用水 日益增
发 的重 点。 ０ ６ 年代末 到７ 年代 初，聚丙烯 酸和 聚马来酸 的问世 ０
使 冷却 水处理技 术取 得了突破性进 展 ， 带动 了一系列含有多 并
种 基 团 的 二元 、三 元甚 至 四 元 共 聚物 的 开 发 。 ０ 代 后 期 出现 ７年
多。 水处理技术具 有节水 、 节能 、 节材 、 提高产 品质量等一系
列特有功能 ， 水处理剂则是水处理 的重要技术保 ，国内外研
究最为活跃的领 域之一 是缓蚀阻 垢剂 。 Ｏ ２ 世纪６ 年代 以来 ， ０ 有
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的含磷聚合物 ，其分子中同时含有＝ ｏ ｏ 基和一 Ｃ Ｏ ｖ （ Ｈ） Ｏ Ｈ基 ， 具有较 好的阻垢能力 并有一定的缓蚀作用 ，目前仍然受到关
机磷酸缓蚀阻垢剂和共聚物 阻垢剂 一直是国 内外 阻垢研 究开
［ 日期】 ２０ —３０ 收稿 ０８０ —６ 【 简介】 王海 玲（９ ０） ，江 西吉 安人 ，本科 ，助理 工程 师 ，主 要从 事 环境 影响 评价 的工 作 。 作者 １８ 一 ，女
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囊【 要】 摘 介绍了一种绿色水处理阻垢剂聚天冬氨酸，同传统缓蚀阻垢剂相比，它的阻垢效用好，而且具有极高的
生物降解性， 属于绿色化学品。 详细述评单体合成方法和单体聚合制备聚天冬氨酸工业实施方法在国内外研究的现状 及发展方向’介绍了它的良好的应用性能和卓越的生物降懈性能 提出了对它的研究领域和今后的发展方向。 量关键词】 【 绿色阻垢剂 天冬氨酸；聚天冬氨酸 合成 曩 中图分类号】 ２ 【 ａ ２． ６ 【 文献标识码】 Ａ 誊 ［ 文章编号】 ０ —８５２０） — ４ ４ ｌ ７１６（ ８ ９０ ５ ０ ０ ０ ０ 一