聚天冬氨酸的应用研究进展

聚天冬氨酸的应用研究进展福建师范大学福清分校 生物与化学工程系 09环境科学118672009024 赖丽鹏【摘　要】聚天冬氨酸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。

此外，聚天冬氨酸在洗涤剂、高吸水树脂、水煤浆添加剂、光化学品等方面也具有广阔的应用前景。

所以，聚天冬氨酸的应用研究是具有极大的意义。

本文论述了聚天冬氨酸的在水处理、农业、工业等方面的应用研究进展已经市场前景和发展建议。

【关键词】聚天冬氨酸，应用，水处理，农业，工业1.引 言聚天冬氨酸（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。

此外，聚天冬氨酸在洗涤剂、高吸水树脂、水煤浆添加剂、光化学品等方面也具有广阔的应用前景。

所以，聚天冬氨酸的应用研究是具有极大的意义。

2.聚天冬氨酸的特性2.1.分子性质分子式：C4H6NO3(C4H5NO3)C4H6NO4相对分子质量：1000-5000它是一种带有羧基侧链的聚氨基酸，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-等极性基团，具有很好的亲水性和水溶性，此外，侧链上的-COOH 在水溶液中很容易电离，形成羧基负离子(-COO-)，能与多种离子发生络合反应，使聚天 冬氨酸在水溶液中具有很好的化学活性。

2.2.生物降解性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α，β2种构型。

天然的聚氨基酸中聚天冬氨酸片段都是以α型形式存在的，而合成的聚天冬氨酸中大部分是α，β2种构型的混合物。

热缩聚得到的聚天冬氨酸，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。

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76％。

2.3.毒性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。

这为安全使用聚天冬氨酸提供了依据。

3.目前研究状况3.1.水处理方面聚天冬氨酸具有聚阴离子表面活性剂的特征．并具有类似葡萄糖的生物降解性能，水解后的聚天冬氨酸能螯合钴、镁、铜、铁等多价金属离子，具有优良的阻垢缓蚀和分散作用，作为阻垢缓蚀剂广泛用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田回收水、海水淡化等水处理领域，特别是用于高硬度、高碱度 高pH值、高浓缩倍数的水处理系统。

[1]聚天冬氨酸阻垢效果优于常用含磷阻垢剂．可替代含磷的水处理剂．以避免水体的富营养化和排放二次污染。

聚天冬氨酸对离子有极强的螯合能力，具有缓蚀与阻垢双重功效 因此对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙等成垢盐类具有良好的阻垢效果，对碳酸钙的阻垢率可达100％ 。

同时具有分散作用并可有效防止金属设备的腐蚀，使用后可降解为环境可接受的最终产物。

[1]在PASP分子结构中引入羧基可以提高其阻垢率，在加药质量浓度为4mg/L时，阻垢率可提 高4%，磺酸基的引入可以提高PASP的分散性能，羧基和磺酸基的引入均有助于缓蚀性能的提高［2］。

PASP的分子结构中同时具有酰胺键和羧基键，集中性型和阴离子型于一身 ，在水溶液中可以解离成负离子，再加上酰胺键上N、O上所带的孤对电子，因此可以通过 物理吸附和化学吸附把水溶液中的Cd2+吸附聚集起来，从而达到去除的目的。

[3］聚天冬氨酸作为一种新型绿色水处理剂，应用到工业循环冷却水处理领域中。

聚天冬氨酸可以螯合钙、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，可以用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，在高硬度、高碱度、高pH值、高浓缩倍数系统中表现卓越，PASP阻垢效果优于常用含膦阻垢剂。

PASP与PBTCA复配后有协同作用。

陈颖敏[2]等人对聚天冬氨酸在冷却水处理中的应用研究得到的结论有一下几点(1)PAsP阻垢效果优良，在高碱度、高硬度水质条件下6O℃恒温10 h，添加8-9 mg／LPASP即可完全阻止CaCO。

垢的生成，阻垢率为100％ 。

(2)PASP的缓蚀率随其浓度的增加而升高，但是要达到较好的缓蚀效果，所需PASP的浓度很高。

PASP复配的最佳配方为10mg/LPASP+0．5 mg/L BTA+20 mg/L钼酸钠+10 mg/I 葡萄糖酸钠，其充分发挥了各缓蚀剂之间的缓蚀协同效应，对HSn-70A铜的腐蚀率仅为0.0004mm/a，缓蚀率达到了99.17。

(3)本文研发的PASP复配配方无磷绿色环保，且阻垢缓蚀性能优良，理论上可用于火电厂循环冷却水稳定处理。

若具体使用，还应通过动态模拟试验进行进一步的验证。

刘英华[4]在中性环境中，利用阻抗测试技术，采用极化曲线外推法、线性极化电阻法、交流阻抗法，研究PASP对45#碳钢的缓蚀效果，研究表明PASP是以抑制阳极腐蚀为主的缓蚀剂；随着PASP浓度的增加，缓蚀率增加。

马虹[21]对溶液的pH值、Ca2+浓度和Fe2+浓度对PASP缓蚀性能的影响进行了研究。

PASP缓蚀性能效果最佳的pH 范围是5．5-6．5；溶液中Ca浓度的增加有助于缓蚀效果的增强，但在低pH值下，这种增强效果减弱；溶液中Fe2+浓度的增加在初始时消弱了PASP的缓蚀性能，经过一段时间后，PASP的缓蚀性能又逐渐恢复，这说明Fe存在延缓了PASP 缓蚀作用的发挥。

3.2.农业方面聚天冬氨酸作为肥料的添加剂，能帮助作物更健康地生长，产量更高，并能改善土壤，故又 称其为肥料增效剂。

在生长中加入聚天冬氨酸的稻秧生长效果比不处理和用聚天冬氨酸浸种的好，而且用聚天冬氨酸浸泡过的种子，其他条件都一样时其生长优势也相当明显，这说明聚天冬氨酸是一种良好的肥料增效剂，即聚天冬氨酸具有减少肥料用量，提高肥料利用率，减少污染的效果。

使用聚天冬氨酸的农田，增产在15%以上，有的高达70%，作物品质明显提 高。

用聚天冬氨酸对小麦浸种后，小麦出苗齐，苗壮，分蘖3~5根的苗数达95%以上。

［5］制成聚天冬氨酸尿素、聚天冬氨酸过磷酸钙、聚天冬氨酸碳铵、聚天冬氨酸复合肥及控释肥 能促进粮食、蔬菜、瓜果、花卉等农作物对养分的吸收。

聚天冬氨酸可与二硫代磷酸酯、二嗪磷、马拉硫磷、西维因等许多杀虫剂合用 既能增加药效，又可增加产量、改善品质，起到一喷多效，降低劳动强度的效果。

[1]研究聚天冬氨酸对水稻生长及产量的影响，结果表明：将聚天冬氨酸作为肥料添加剂，具有改善水稻的经济性状、增加实粒数、增加有效穗数、提高产量的作用，并能产生较好的经济效益，当施用量低时，效益增加明显。

[6]聚天冬氨酸不是肥料，也不是激素，在不施肥的情况下仅施用它，对植物的生长没有明显优势。

质均相对分子质量为3 000-5 000的聚天冬氨酸供给植物时(通常在根部或叶片处)，能增强植物对肥料的摄取，使植物更有效地利用养分，故称其为肥料增效剂。

研究结果显示 ，在相同施肥量情况下，使用聚天冬氨酸0.015-0.6g/rfl,能增加谷物产量5％-30％；在得到相同谷物产量的情况下，可减少1/2-1/3的肥料用量，极大改善农村的生态环境。

所以，聚天冬氨酸在农业上的推广应用，有着可观的经济效益和重大的社会效益。

[7]北京艾实华科技有限公司1997年开始聚天冬氨酸的研究，并很快进入生产实用阶段。

1999年科技人员将聚天冬氨酸产品在北京、天津、陕西等十几个省市的大田作物、经济作物、蔬菜、果树等作了广泛试验，取得了较好的效果。

与美国同类产品比较，使用聚天冬氨酸的农田，增产在15%以上，有的高达70%，作物品质明显提高。

2000年10月海南遭受几十年一遇的大洪灾，海口市白龙乡流水坡村的200多亩菜田全部被淹，几天后，洪水退去，农民欲犁的抢种块菜，以农民将15毫升聚天冬氨酸加入30公斤水中，喷于二茬根部没完全烂掉的西芹菜上，5天后就长出了新叶;第二次喷淋聚天冬氨酸后7天，将烂掉的西芹菜长的生机勃勃，收获净菜1万多斤。

农民异常高兴地说：“如果重新种植西芹菜，则需要2-3个月才能收获，而使用聚天冬氨酸仅半个月，就将近死亡的西芹菜获得丰收，‘聚天冬氨酸能起死回生啊！’”2001年二月，他们在河北保定对小麦苗期施用聚天冬氨酸后，小麦的侧跟生发数比为使用的高76.8%；四川宜宾用聚天冬氨酸对小麦浸种后，小麦出苗齐，苗壮，分孽3-5根的苗数达95%以上，而未用聚天冬氨酸浸种的小麦未分孽。

所以，在农业上的推广聚天冬氨酸的应用，将能取得可观的社会效益和经济效益3.3工业方面聚天冬氨酸不仅仅在水处理、农业领域起到良好的效果，而且在工业方面也占有一定的重要地位。

2.3.1 阻垢剂油田注入水应达到水质标准较高，注入水必须在10个方面达到规定指标，包括：水中杂质含量、细菌含量、腐蚀速度、含铁、含氧、含硫等。

在水处理中使用的水处理剂较多，其中杀菌剂、阻垢剂、除氧剂是最常用的药剂。

油田化工厂的工业循环用水量也非常巨大，而且工业循环水有离子成分随运转时间增多，逐渐浓度变高的特性，这就要求其加入的阻垢剂对各种成分的垢都有很好的阻垢效果。

目前油田主要都使用含膦的有机阻垢剂，不能有效地抑制磷酸钙垢和锌垢以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机膦酸垢。

因此，完全可以使用PASP进行阻垢尝试。

[8]赵彦生等[9]在水体系中，以乙醇胺与PSI进行反应，合成了羟基改性的聚天冬氨酸(HPAP)，并对其阻垢性能进行了研究。

结果表明，在用量为4mg·L时，对碳酸钙垢的阻垢率为95 ；在用量为8mg·L 时，对硫酸钙垢的阻垢率为83％ ；在用量为12 mg·L 时，对磷酸钙垢的阻垢率为63.8。

说明PASP分子链中引入羟基官能团，可明显提高阻垢性能。

2.3.2 分散剂聚天冬氨酸的分子中含有亲水和疏水基团，因此具有表面活性，可以降低表面张力，有助于 水对固体的湿润。

这对于油漆、涂料、颜料、填料、粘土之类物质在水中的分散特别有利。

此外，有时虽然不能显著地降低水的表面张力，但可以起到保护胶体的作用。

通过它的亲水性，使水一胶体复合体吸附在颗粒上而形成外壳，使颗粒屏蔽起来免受电解质所引起的絮凝作用，这样也给予分散体系以稳定性。

如用于洗涤剂中可作为抗再沉淀剂，主要可以改进含 硅铝酸盐洗涤剂的去污性能。

[10]2.3.3 缓蚀剂聚天冬氨酸能与钙、镁、铜、铁等多种离子形成螯合物，附着在金属容器表面阻止金属腐蚀，是一种优良的缓蚀剂，特别适用于防止采油管线中二氧化碳引起的腐蚀。