论文部分内容阅读
摘 要 聚天冬氨酸（PASP）是一种新型的绿色水处理药剂。基于此，介绍了近年来聚天冬氨酸及其衍生物阻垢性能、可生物降解性能和缓蚀性能的国内外研究发展现状，为新型“绿色”水处理药剂的应用提供参考。
关键词 聚天冬氨酸；阻垢；可生物降解性；缓蚀
中图分类号：O633.1 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）18--02
聚天冬氨酸具有良好的阻垢性能、缓蚀性能以及可生物降解性能，但就某一单一性能来说还是有很大的提升空间的。而在引入各种基团进行改性后，其衍生物在某些特定环境条件下的阻垢性能和缓蚀性能有了一定程度的提高。下面主要介绍聚天冬氨酸及其衍生物的各项性能方面的研究现状。
1 阻垢性能
PASP分子的侧链上的羧基-COOH容易电离成负离子，使PASP在水溶液中生成负离子-COOH。它能够与Ca2+、Mg2+、Cu2+等离子发生络合反应，尤为特殊的一点是它可以使钙盐的晶体结构发生改变，成为软垢，由此来提升PASP的阻垢性能。
Lu，G等用马来酸和氨反应生成中间产物，水解得到PASP，发现当n（PSI）∶n（氨基磺酸）=14∶1，药剂的剂量为12 mg/L时，对碳酸钙阻垢的效果最佳，阻垢率可达到90.2%。
张尔赤[1]等通过采用热缩聚合的方法以马来酸酐和氨水为原料，合成了PASP，经检测，当合成条件最优是，所得PASP的阻垢效率可以达到72%。
朱志良[2]等通过使用静态阻垢法对PASP的阻垢性能进行了研究，实验表明：PASP具有良好的阻止CaCO3、CaSO4、BaSO4形成水垢的性能。当其相对分子质量小于2 000时，对于CaCO3和BaSO4的阻垢性较差，但对CaSO4的阻垢性能较好。
PASP的分子量范围很广，较小的分子量只有几千，大的分子量达到数万，且分子量不同，聚合物性能也不相同。PASP作为水处理剂而言，除了具有阻垢性能外，还能用作分散剂、缓蚀剂。
PASP最佳的使用pH值范围在5～8.5，它的阻垢效果随着成垢离子浓度的增大和pH值的升高而降低。因而，在高盐分的循环冷却水系统中，它的阻垢效果相对于含膦阻垢剂来说还是较低，所以将其应用到循环冷却水中必须要提高它的阻垢性能。
2 可生物降解性能
PASP具有良好的可生物降解性性能已成为业内共识。天冬氨酸属于氨基酸类，聚合后得到的PASP有着类似蛋白质的结构，分子间依靠肽键连接，因此可通过肽键水解完成降解过程。
崔科[3]等通过摇床法对PASP的生物降解性进行了全面探索，结果显示：相对分子质量不同的样品其降解时间不同，但所有实验样品均可完全降解。因此，他认为，PASP是可以完全降解的，只是降解时间不同，而降解时间主要与其相对分子质量、浓度、和合成原料有关。
王大勇[4]等对PASP进行了生物降解实验。得出了结论：PASP是一种易降解物质，但不能完全实现无机化，可能是PASP结构中存在难断裂的化学键，不能完全被微生物利用。
总之，在新型水处理剂中，PASP是为数不多的极易降解物质，它的可生物降解性极强。
3 缓蚀性能
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[5]。PASP的羧基与铜离子、铁离子结合形成螯合物，使PASP在铜或铁物质表面吸附，形成一层保护膜，因而，PASP所应用到的缓蚀机理主要是吸附膜理论[6]。
从分子结构角度分析，PASP含有较多的羧基、氨基和羰基基团，基团中都含有较多的孤对电子，这些电子均可离域到銅、铁等的原子轨道，是这些极性基团吸附在金属表面；非极性基团产生较大的空间位阻，阻碍H+靠近金属表面[7]。针对PASP的缓蚀效果，很多学者也进行了实验测试。刘芳[8]等研究了锌盐与PASP复配对碳钢的缓蚀率高于91%，杀菌率可达98%以上，实现了缓蚀、阻垢和杀菌的三重功效。陈颖敏[9]等分别对PASP进行改性、或是与硫酸锌、钨酸钠等复配，结果发现缓蚀率均有不同程度的提高。
4 展望
随着人类环保意识日渐高涨，“绿色水处理剂”概念被提出，并成为21世纪水处理剂的发展方向。PASP与市售的有机羧酸、聚磷酸盐等水处理剂相比，克服了其他阻垢缓蚀药剂高温易分解，以及在环境中累积等缺点，是一种新型的“绿色”水处理剂，为无磷、无毒、易于生物降解、真正对环境友好的高效绿色阻垢缓蚀剂的应用提供了参考。
参考文献
[1]张尔赤，刘延平，孔炎炎，等.绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能[J].工业水处理，2012，32（6）：43-45.
[2]朱志良，梁晓明，郝俊影.聚天冬氨酸的合成方法及其阻垢性能之间的关系研究[J].工业水处理，2004，24（4）：31-32.
[3]崔科，张科.聚天冬氨酸的生物降解性能及降解机理研究[J].应用化工，2009，38（4）：498-503.
[4]王大勇，陈武，梅平，等.聚天冬氨酸及其衍生物的缓蚀性能和生物降解性能[J].腐蚀与防护，2012，33（6）：470-473.
[5]范洪波.新型缓蚀剂的合成与应用[M].北京：化学工业出版社，2004.
[6]Zineb Belarbi， JeanGamby， LaidMakhloufi，et al.Inhibition of Calcium Carbonate Precipitation by Aqueous Extract of Paronychia Argentea[J].Journal of Crystal Growth，2014（386）：208-214.
[7]Ying Xu， Ben Zhang， Linlin Zhao， et al. Synthesis of Polyaspartic Acid/5-aminoorotic Acid Graft Copolymer and Evaluation of It’s Scale Inhibition and Corrosion Inhibition Performance[J].Desalination，2013（311）：156-161.
[8]刘芳，常新，董文文，等.聚天冬氨酸与十四烷基二甲基苄基氯化铵等复配物的缓蚀阻垢杀菌性能[J].石油学报：石油加工，2013（1）：162-167.
[9]陈颖敏，崔丽.聚天冬氨酸应用于循环冷却水的阻垢缓蚀试验研究[J].热力发电，2009（7）：40-43.
（责任编辑：赵中正）
关键词 聚天冬氨酸；阻垢；可生物降解性；缓蚀
中图分类号：O633.1 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）18--02
聚天冬氨酸具有良好的阻垢性能、缓蚀性能以及可生物降解性能，但就某一单一性能来说还是有很大的提升空间的。而在引入各种基团进行改性后，其衍生物在某些特定环境条件下的阻垢性能和缓蚀性能有了一定程度的提高。下面主要介绍聚天冬氨酸及其衍生物的各项性能方面的研究现状。
1 阻垢性能
PASP分子的侧链上的羧基-COOH容易电离成负离子，使PASP在水溶液中生成负离子-COOH。它能够与Ca2+、Mg2+、Cu2+等离子发生络合反应，尤为特殊的一点是它可以使钙盐的晶体结构发生改变，成为软垢，由此来提升PASP的阻垢性能。
Lu，G等用马来酸和氨反应生成中间产物，水解得到PASP，发现当n（PSI）∶n（氨基磺酸）=14∶1，药剂的剂量为12 mg/L时，对碳酸钙阻垢的效果最佳，阻垢率可达到90.2%。
张尔赤[1]等通过采用热缩聚合的方法以马来酸酐和氨水为原料，合成了PASP，经检测，当合成条件最优是，所得PASP的阻垢效率可以达到72%。
朱志良[2]等通过使用静态阻垢法对PASP的阻垢性能进行了研究，实验表明：PASP具有良好的阻止CaCO3、CaSO4、BaSO4形成水垢的性能。当其相对分子质量小于2 000时，对于CaCO3和BaSO4的阻垢性较差，但对CaSO4的阻垢性能较好。
PASP的分子量范围很广，较小的分子量只有几千，大的分子量达到数万，且分子量不同，聚合物性能也不相同。PASP作为水处理剂而言，除了具有阻垢性能外，还能用作分散剂、缓蚀剂。
PASP最佳的使用pH值范围在5～8.5，它的阻垢效果随着成垢离子浓度的增大和pH值的升高而降低。因而，在高盐分的循环冷却水系统中，它的阻垢效果相对于含膦阻垢剂来说还是较低，所以将其应用到循环冷却水中必须要提高它的阻垢性能。
2 可生物降解性能
PASP具有良好的可生物降解性性能已成为业内共识。天冬氨酸属于氨基酸类，聚合后得到的PASP有着类似蛋白质的结构，分子间依靠肽键连接，因此可通过肽键水解完成降解过程。
崔科[3]等通过摇床法对PASP的生物降解性进行了全面探索，结果显示：相对分子质量不同的样品其降解时间不同，但所有实验样品均可完全降解。因此，他认为，PASP是可以完全降解的，只是降解时间不同，而降解时间主要与其相对分子质量、浓度、和合成原料有关。
王大勇[4]等对PASP进行了生物降解实验。得出了结论：PASP是一种易降解物质，但不能完全实现无机化，可能是PASP结构中存在难断裂的化学键，不能完全被微生物利用。
总之，在新型水处理剂中，PASP是为数不多的极易降解物质，它的可生物降解性极强。
3 缓蚀性能
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[5]。PASP的羧基与铜离子、铁离子结合形成螯合物，使PASP在铜或铁物质表面吸附，形成一层保护膜，因而，PASP所应用到的缓蚀机理主要是吸附膜理论[6]。
从分子结构角度分析，PASP含有较多的羧基、氨基和羰基基团，基团中都含有较多的孤对电子，这些电子均可离域到銅、铁等的原子轨道，是这些极性基团吸附在金属表面；非极性基团产生较大的空间位阻，阻碍H+靠近金属表面[7]。针对PASP的缓蚀效果，很多学者也进行了实验测试。刘芳[8]等研究了锌盐与PASP复配对碳钢的缓蚀率高于91%，杀菌率可达98%以上，实现了缓蚀、阻垢和杀菌的三重功效。陈颖敏[9]等分别对PASP进行改性、或是与硫酸锌、钨酸钠等复配，结果发现缓蚀率均有不同程度的提高。
4 展望
随着人类环保意识日渐高涨，“绿色水处理剂”概念被提出，并成为21世纪水处理剂的发展方向。PASP与市售的有机羧酸、聚磷酸盐等水处理剂相比，克服了其他阻垢缓蚀药剂高温易分解，以及在环境中累积等缺点，是一种新型的“绿色”水处理剂，为无磷、无毒、易于生物降解、真正对环境友好的高效绿色阻垢缓蚀剂的应用提供了参考。
参考文献
[1]张尔赤，刘延平，孔炎炎，等.绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能[J].工业水处理，2012，32（6）：43-45.
[2]朱志良，梁晓明，郝俊影.聚天冬氨酸的合成方法及其阻垢性能之间的关系研究[J].工业水处理，2004，24（4）：31-32.
[3]崔科，张科.聚天冬氨酸的生物降解性能及降解机理研究[J].应用化工，2009，38（4）：498-503.
[4]王大勇，陈武，梅平，等.聚天冬氨酸及其衍生物的缓蚀性能和生物降解性能[J].腐蚀与防护，2012，33（6）：470-473.
[5]范洪波.新型缓蚀剂的合成与应用[M].北京：化学工业出版社，2004.
[6]Zineb Belarbi， JeanGamby， LaidMakhloufi，et al.Inhibition of Calcium Carbonate Precipitation by Aqueous Extract of Paronychia Argentea[J].Journal of Crystal Growth，2014（386）：208-214.
[7]Ying Xu， Ben Zhang， Linlin Zhao， et al. Synthesis of Polyaspartic Acid/5-aminoorotic Acid Graft Copolymer and Evaluation of It’s Scale Inhibition and Corrosion Inhibition Performance[J].Desalination，2013（311）：156-161.
[8]刘芳，常新，董文文，等.聚天冬氨酸与十四烷基二甲基苄基氯化铵等复配物的缓蚀阻垢杀菌性能[J].石油学报：石油加工，2013（1）：162-167.
[9]陈颖敏，崔丽.聚天冬氨酸应用于循环冷却水的阻垢缓蚀试验研究[J].热力发电，2009（7）：40-43.
（责任编辑：赵中正）