螯合剂种类总结及其在不同pH下的对金属离子的螯合能力比较

螯合剂的种类及其在不同pH值条件下螯合剂的螯合常数
一、螯合剂与螯合物
具有可供配位孤电子对的分子、原子或离子的化合物能够与具有空轨道的金属离子形成
配位键，该化合物称为络合物，如能与配位金属离子形成环状结构的化合物称为螯合剂，形成的络合物称为螯合物。

螯合剂中至少含有一对孤电子对，而金属离子必须有空的价电子轨
道，孤电子对填充入金属离子空轨道，电子对属2个原子共享，形成配位键，中心金属离子
空轨道杂化。

不同的提供孤电子对的配位体分别与不同金属离子形成正四面体、正六面体、正八面体的螯合物。

1.类型
1.1无机类螯合剂
聚磷酸盐螯合剂：
主要是三聚磷酸钠（STPP）、六偏磷酸钠、焦磷酸钠为主，含磷酸基空间配位基团。

特点：高温下会发生水解而分解，使螯合能力减弱或丧失。

而且其螯合能力受pH值影响较大，一般只适合在碱性条件下作螯合剂。

1.2有机类螯合剂
形态分析表明螯合剂提取的重金属主要来源于可交换态或酸溶态、还原态和氧化态。

1.21羧酸型
（1）氨基羧酸类：含羧基和胺（氨基）配位基团，
如乙二胺四乙酸（EDTA），氨基三乙酸（又称次氮基三乙酸NTA），二亚乙基三胺五乙酸（DTPA ）及其盐等。

如：EDTA的4个酸和2个胺（一NRR ）的部分都可作为配体的齿，两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对。

特点：络合能力强，络合稳定常数大，耐碱性好，但分散力弱且不易被生物降解。

（2）羟基羧酸类含羟基、羧基配位基团
这类羧酸主要是柠檬酸（CA）、酒石酸（TA）和葡萄糖酸（GA）。

特点：可生物降解，在酸性条件下羟基与羧基不会离解为氧负离子，因而络合能力很弱，不适宜在酸性介质中应用。

（3）羟氨基羧酸类
这类酸用作螯合剂的典型代表是羟乙基乙二胺三乙酸（HEDTA）和二羟乙基甘氨酸（DEG）。

特点：大多易于生物降解，在pH=9的弱碱性条件下可螯合铁离子，但对其他
离子螯合能力较差。

1.22有机多元膦酸
羟基亚乙基-1，1-二膦酸（HEDP ）、氨基三亚甲基膦酸（ATMP）、二乙烯三胺五亚甲基膦酸（HTPMP）、三乙烯四胺六亚甲（TETHMP）、双（1，6-亚己基）三胺五亚甲基膦酸（BNHMTPMP）、多氨基多醚基四亚甲基膦酸（PAPEMP）。

女口：HEDP是一个五元酸，在水中可电离出5个氢离子，电离后形成5个配位氧原子，
可以和Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Al3+形成稳定的螯合物。

特点：化学稳定性好，不易水解，能耐较高温度，适合双氧水热漂，虽然在制备过程中
涉及甲醛，但如经妥善处理可达标。

因为膦酸酯通过亚甲基相连，而C-P的键能为246 kJ/mol，离
解能达1 387 kJ/mol，比较牢固，因此很难使单体磷进入水体中造成富营养化。

1.23聚羧酸
有聚丙烯酸（PAA ）、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐（HPMA ）、富马酸（反丁烯二酸）—丙
烯磺酸共聚体。

它们含有的聚合阴离子都是金属离子的优良螯合剂，因此也被用作阻垢
剂。

特点：聚羧酸分子中有大量羧酸存在，羧基氧原子具有形成配位键的能力，具有良好的
胶体性能和分散作用，耐碱，但其络合能力较弱，因此须将其进行共聚或改性以改善性能。

1.24含巯基（-SH）的螯合剂
利用巯基中S原子与重金属离子有较强结合性能。

女口：含二硫代羧基或二硫代氨基的盐、2-羟甲基-4-巯基苯硫酚制成的钠盐、含一CSS-
的螫合剂HMCA、四硫代联氧基甲酸TBA）等。

（文献1、24、27、28、29、30）
1.2.5席夫碱
又称西弗碱，指的是含亚胺或甲亚胺（-RC=N ）的一类有机化合物，席夫碱是由胺和活性羰基反
应生成，常用于螯合主族和过渡金属元素。

天然高分子材料如淀粉作为载体，与含有氨基的配体反应生成的西弗碱螯合重金属离子
后，会形成多配位络合物，固载化了的席夫碱，不仅能使配合物稳定性变强，载体的稳定性也发生了
很大的改变。

常用于在工农业生产中净化含重金属离子的废水。

1.3天然改性高分子捕集剂
按其来源，可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。

重金属捕集剂（又叫重金
属螯合剂）是指含有配位原子如N、S、0、P等，可以与重金属离子以配位键相连接，生
成稳定螯合物的一类化合物。

二、螯合金属种类及螯合能力
1. EDTA （乙二胺四乙酸）：对大部分重金属（特别是针对Pb、Cd、Cu、和Zn）都具有很强
的络合能力，同时能处理多种类型的土壤，EDTA对Pb的活化能力最强。

EDTA在
24h、pH7、0.1mol?L-1条件下对重金属污染土壤的去除率最大，分别为Pb 34.78%、Cd89.14%、Cu 14.96%和Zn 45.14%。

EDTA 溶液能在比较广泛的酸度范围内（3〜8）对Cu和Pb进行有效的淋洗。

2. DTPA （二乙三胺五三乙酸）：DTPA与EDTA 一样对重金属污染土壤具有强螯合用。

HEDTA（羟乙基替乙二胺三乙酸）：它最突出的优点是在碱性溶液中（pH=8-11）中能够与Fe3+形成稳定的鳌合盐，亦能与稀土金属形成稳定的鳌合物
EGTA （乙二醇双四乙酸）：
EDDHA （乙二胺二乙酸）：
CDTA （环已烷二胺四乙酸）：
S, S-EDDS （S, S-乙二胺二琥珀酸）：生物螯合剂EDDS与过渡金属具有螯合作用，能被生物降解，其生物毒性（包括对植物和土壤微生物的毒性）均低于EDTA，但是其对重金属Pb和Cd的螯合能力不如EDTA。

NTA（二乙基三乙酸）：
柠檬酸：处理U污染的土壤，Cd （对Cd的提取率较低），Pb
Na2EDTA（0.2%w/w）:处理Pb
柠檬酸钠（0.2%w/w）:处理Pb,
提取Cd的效率大小依次为EDTA>DTPA>NTA>柠檬酸
螯合能力大小比较
对Pb 的活化强弱顺序为EDTA>HEDTA>DTPA>EGTA>EDDHA 。

提取Cu、Pb的大小顺序DTPA>EDTA>NTA ，提取Zn的大小顺序为
EDTA>DTPA>NTA
对Cd的提取效率大小：EDTA>DTPA>NTA>柠檬酸；
诱导Pb在豌豆（P. sativum L.cv. Sparkle）和玉米（Z. mays L. cv. Fiesta）中的积累的能力的大小：EDTA > HEDTA > DTPA >EGTA > EDDHA
诱导Pb在大白菜（B. capa）茎叶中的能力的大小：EDTA >HEDTA > DTPA ;
以EDTA和DTPA对Pb的吸收影响效果最大；
EDTA对湿地植物积累Cu、Zn、Cd的诱导要高于DTPA。

螯合剂的螯合常数：
螯合剂种类繁多，如何选择适合的螯合剂则是我们最头疼和迷惑的地方，螯合力-稳定
系数K是重要的参考指标，稳定系数K值越大，表明螯合剂对该离子的螯合能力越大。

酸碱（pH值）对螯合剂螯合力影响
在大多数使用螯合剂的工艺里面，工作液往往为酸性或碱性，因此pH值对螯合剂的影
响对于螯合剂的选择与应用，尤为重要。

因此绘制出不同pH值条件下的螯合力曲线图，具
有重要的实际意义，从而可以根据实际应用工艺条件，选择适合的螯合剂。

图表1铁离子螯合值（螯合值 K ）与pH 曲线
EOTA
------- HEDP
---- - EUTMPSr
--------- D TP MPA ----- 葡茗糖釀讷 -------- E&DHA-Na
Fe
铁M
子曾舍
«
EDTA
-------- H EDP
EDTM PS
——
EDDHA^Na
图表2钙离子螯合值
（螯合值 K ）与pH 曲线
图表3镁离子螯合值
（螯合值 K ）与pH 曲线
三，几种螯合剂的综合应用评价
无机磷酸盐类：三聚磷酸钠以及焦磷酸钠是常用的螯合剂， 粉添加剂。

在工业领域也可作为最廉价的软水剂。

硅酸盐类：自身带有较强碱性，多用于工业清洗剂，根据 SiO 2与Ns t O 比例不同（模数）各 自有相应的应用领域，如 SiO 2含量高的水玻璃，碱性偏弱，适合做双氧水稳定剂; 量高的偏硅酸钠则碱性强，适合工业清洗用，如除油粉、脱脂粉等。

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4 -------- E DDHA-Na
自身带有弱碱性质，多用于洗衣 N@0含 0 1 L | | | 1 | | | | | t I I t 0
Q 1 2 3 4 5 & 7 3 9 10 11 IZ 13 14 pH 荫
C3
钙曲孑畫含值
5 6 7 3 9 10 11 12 13 14 pH 值
42OB642O86 4 2O 2 2 2 1 1 1 1 1
24
上
2 20 18 4
有机磷类：价格便宜，应用较广泛，种类繁多，常用的有HEDP EDTMP轄。

一般HEDP勺铁离子螯合能力较强，EDTMPA1勺钙镁离子螯合力较强，各自有相应的应用领域，有机磷类螯合剂最大的缺陷是耐碱性较差，pH值超过10以后，螯合能力大幅下降。

酰胺类：EDTA-Na是最古老的该类型螯合剂，价格便宜，用途较广；EDDHA-Na分子量更大，具有极强的金属铁离子捕捉作用，最突出的优点是耐碱性能和分散值突出，同时也是性能优良的分散剂，特别适用于造纸和纺织印染领域。

其它无机盐：葡萄糖酸钠、酒石酸钾、柠檬酸钠等，都具有一定的螯合能力。

用途最广的是
葡萄糖酸钠，可以耐强碱。

其它类：随着人们对环保的呼声越高，一些环保的螯合剂纷纷面世，如聚天门冬氨酸盐、聚
羧酸盐、聚环氧琥珀酸盐等。

这些产品虽然环
保, 满足实际的需求，实际应用也较少。

但是在螯合效果和生产成本上，相对不能。