新型水处理剂聚天冬氨酸的研究

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。

聚天冬氨酸聚天冬氨酸（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的、环境友好型化学品。

聚天冬氨酸用途广泛。

在水处理、医药、农业、日化等领域都能找到它的用途。

作为水处理剂，它的主要作用是阻垢和/或分散，兼有缓蚀作用。

作为阻垢剂，特别适合于抑制冷却水、锅炉水及反渗透处理中的碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸钡垢和磷酸钙垢的形成。

对碳酸钙的阻垢率可达100%。

聚天冬氨酸同时具有分散作用并可有效防止金属设备的腐蚀。

聚天冬氨酸与有机磷系缓蚀阻垢剂存在协同作用，常与乙烯基聚合物分散剂（如聚丙烯酸、水解聚马来酸酐、丙烯酸-丙烯酸乙酯-衣康酸共聚物等）、膦系化合物缓蚀阻垢剂（如HEDP、ATMP、PBTCA等）等复配成高效的、多功能的缓蚀阻垢剂。

一、聚天冬氨酸的特性【CAS】 181828-06-8分子式：C4H6NO3(C4H5NO3)C4H6NO4相对分子质量：1000～5000结构式生物降解性：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，β 2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，β 2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％。

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。

二、产品标准项目指标外观琥珀色透明液体固体含量％≥ 40.0密度（20℃）g/cm3 ≥ 1.20pH值(1%水溶液) 9.0～11.0三、生产方法聚天冬氨酸通常有两种生产方法：第一种是L-天冬氨酸法。

水处理剂聚天冬氨酸的合成谢艳春(内蒙古伊泰煤制油有限责任公司,内蒙古准格尔旗　010300) 摘　要:本文介绍了具有较高阻垢活性、良好生物降解性、无毒性的被誉为绿色阻垢剂的聚天冬氨酸的合成。

以马来酸酐为原料固相熔融法合成聚天冬氨酸。

关键词:聚天冬氨酸;阻垢剂;合成 中图分类号:T Q085+.412 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)16—0083—02 聚天冬氨酸(PASP)是一种水溶性氨基酸聚合物,相对分子量分布很宽。

除具有水溶性聚羧酸的性质外,还以其可贵的可生物降解性、无毒、无污染、不破坏环境的优良特性,受到人们越来越多的关注。

聚天冬氨酸作为水处理的新型绿色化学品,是一种从原料、制备过程到最终产品均对人体和环境无害的易生物降解的水处理药剂,它的可生物降解性使其成为特别有价值的水处理剂。

使用后的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。

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、硫酸钙的成垢。

1　主要试剂和仪器设备1.1　主要试剂及规格顺丁烯二酸酐、碳酸铵、氢氧化钠、氢氧化钾、无水乙醇、乙二酸四乙酸二钠、无水氯化钙、无水碳酸氢钠、N,N-二甲基甲酰胺、无水氯化钾1.2　主要仪器设备T G328A电子分析天平、81-2型集热式恒温磁力搅拌器、磨口四口烧瓶、pHS-2C型精密酸度计、DGS20　2型电热干燥箱、Nexus670型傅立叶变换红外光谱仪。

2　聚天冬氨酸(PASP)的合成步骤 站控层的主要任务是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;具有(或备有)站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警,甚至图像,声音等多媒体功能;具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态,在线修改参数的功能;具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。

化学与生物工程2009,Vol.26No.6Chemistry &Bioen gineering15基金项目:山西省科技攻关资助项目(2006031104203),山西省自然科学基金资助项目(20051021)收稿日期:2009-01-16作者简介:赵彦生(1962-),男,山西临汾人,博士,教授,主要从事水溶性高分子材料及塑料改性方面的研究。

E mail:tyy sz62@163.co m 。

聚天冬氨酸的改性及其应用研究进展赵彦生,袁广薇,马兴吉,刘永梅,郭美娟,陈 凯(太原理工大学化学化工学院,山西太原030024)摘 要:聚天冬氨酸衍生物是一种新型的可生物降解并具有生物相容性的高分子材料。

根据改性方法和引入基团的不同,改性后的聚天冬氨酸可应用于多个领域,具有广阔的应用前景。

介绍了近年来聚天冬氨酸的改性研究进展,着重介绍了聚天冬氨酸的改性方法及应用领域,并提出了改性聚天冬氨酸的研究方向。

关键词:聚天冬氨酸;改性;缓蚀阻垢剂;药物载体;水凝胶中图分类号:O 629 72 T Q 203 9 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2009)06-0015-04聚天冬氨酸(PA SP)是一种带有羧基侧链的聚氨基酸,具有螯合和分散作用[1];也是一种新型的可生物降解的环境友好型高分子材料[2]。

由于聚天冬氨酸分子中含有大量的-COOH 、-NH CO-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 -),它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。

但由于聚天冬氨酸分子中官能团种类单一,导致其性能单一,应用受到限制。

为了改善聚天冬氨酸的性能,拓宽其应用领域,近年来国内外对聚天冬氨酸的改性进行了大量的研究。

作者在此对其进行了总结。

1 聚天冬氨酸的改性方法1 1 共聚法改性聚天冬氨酸通过共聚方法可以在聚天冬氨酸的分子链上引入具有一定功能的官能团,从而改善其性能。

聚天冬氨酸（钠）PASPSodium of Polyaspartic Acid (PASP)CAS No. 181828-06-8，35608-40-6分子式：C4H6NO3(C4H5NO3)C4H6NO4 相对分子质量：1000-5000结构式一、产品性能PASP为水溶性聚合物，是一种新型绿色水处理剂，具有无磷、无毒、无公害和可完全生物降解的特性。

对离子有极强的螯合能力，具有缓蚀与阻垢双重功效，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%。

PASP同时具有分散作用并可有效防止金属设备的腐蚀。

PASP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。

二、技术指标符合HG/T3822-2006项目指标外观黄色至红棕色液体固体含量% ≥40.0密度（20℃）g/cm3≥ 1.20pH(1%水溶液) 9.0 - 11.0三、适用范围1、PASP作为阻垢缓蚀剂广泛用于工业循环水、锅炉水、反渗透水、油田水、海水淡化等水处理领域，在高硬度、高碱度、高PH、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复配后有增效作用。

2、PASP由于绿色环保的特性，PASP品可作为新型的日化助剂和各种无毒、无污染的专用精细化学品。

3、PASP在农业上可以作养分吸收增强剂，促进蔬菜、瓜果、花卉等农作物的生产，同时与农药并用可提高药效。

四、包装与贮存PASP用塑料桶包装，每桶25kg或250kg，也可根据用户需要确定。

PASP贮于室内阴凉处，贮存期十个月。

五、安全防护PASP为碱性，操作时注意劳动保护，应避免与皮肤、眼睛等接触，接触后用大量清水冲洗。

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。

水处理剂聚天冬氨酸静态阻垢苏尼尔(内蒙古伊泰煤制油有限责任公司,内蒙古准格尔旗　010300) 摘　要:聚天冬氨酸的静态阻垢实验结果表明,聚天冬氨酸对碳酸钙、硫酸钙和磷酸钙有很好的阻垢效果。

聚天冬氨酸分散氧化铁及稳定锌离子能力的研究结果表明,当聚天冬氨酸的加入量为25mg/L 时,分散氧化铁,稳定锌离子的能力分别为90%,91%。

关键词:聚天冬氨酸;阻垢;碳酸钙 中图分类号:T Q085+412 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)16—0062—011　概述阻垢剂作为水处理剂的一种,在工业生产,尤其是在循环冷却水和锅炉冷却水处理中起着重要的作用。

由于垢形成区的热传导率低,造成能源浪费,除此之外,坚实的垢层沉积也会阻碍体系中液相的流动,而阻垢剂的使用使这一情况得以改善。

近年来,聚天冬氨酸是国内外化学工业、农业、水处理、医药和精细化工等领域研究的热点课题。

1.1　静态阻垢实验实验用水:蒸馏水1.1.1　主要仪器多孔恒温水浴锅,恒温控制(80±1)℃;自动显示酸度计;250ml锥形瓶;721分光光度计(带有厚度为1cm的吸收池);G4玻璃砂芯漏斗。

1.1.2　实验原理本法对实际循环冷却水中的成垢主要影响因素温度、pH、Ca2+、M-碱度等模拟了现场碱性水运行指标,如温度控制在相当于一般工厂冷却器水侧最高壁温80℃、pH调节稳定在7-9的范围来进行阻垢剂性能评价。

分析测定澄清液中的Ca2+浓度,以评定阻垢剂的阻垢性能。

1.2　静态阻碳酸钙垢实验冷却水中的碳酸钙垢,通常是由于水中的碳酸氢钙在受热和曝气条件下分解而形成的。

其反应式可以表示为:Ca(H CO3)2(aq)CaCO3(s)+CO2(g)+ H2O(1)本方法以含Ca(HCO3)2的配制水和水处理药剂制备试液(模拟冷却水)。

在含有一定量碳酸氢根和钙离子的配制水中加入一定浓度的水处理剂制备成试液,在加热的条件下,促使碳酸氢钙加速分解为碳酸钙,达到平衡后测定试液中的钙离子浓度。

聚天冬氨酸的作用
聚天冬氨酸（Polyaspartic Acid）是一种天然的有机酸，具有多种作用：
1. 作为水处理剂：聚天冬氨酸具有良好的络合性能，可以与水中的金属离子形成络合物，有效地控制水质中的金属离子含量，防止水体中沉积物的形成和管道的腐蚀。

2. 作为植物生长调节剂：聚天冬氨酸可以促进植物的生长和发育，增强植物对逆境的抵抗能力。

它可以促进光合作用、增加叶绿素含量、提高抗氧化酶活性以及改善植物的养分吸收能力。

3. 作为环境修复剂：聚天冬氨酸可以与土壤中的重金属离子形成稳定的络合物，减少重金属离子的毒性。

它还可以提高土壤结构，改良土壤质地，增加土壤保水能力和肥力。

4. 作为缓蚀剂：聚天冬氨酸可以与金属表面形成保护膜，防止金属的腐蚀和氧化。

因此，它常被用作涂料、油漆和金属表面处理剂的添加剂。

5. 其他作用：聚天冬氨酸还具有调节酸碱平衡、促进蛋白质的合成、增强免疫力等作用。

此外，它还可以作为食品添加剂、皮肤保湿剂和亲水剂等应用于许多领域。

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。

聚天冬氨酸及其复配物阻垢缓蚀性能的研究邹鹏;王琼【摘要】研究配制了一种高效的绿色阻垢缓蚀剂,其组成为聚天冬氨酸(PASP)、聚丙烯酸(PAA)和2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA).通过碳酸钙沉积法对PASP及其复配物的阻垢性能进行了实验,得到其最优配方为m(PASP)∶m(PAA)∶m(PBTCA)=6∶1∶1.用旋转挂片法对复配物最优配方的缓蚀性能进行了测试.在测试条件下,该复配物阻垢率能达到91.71％,对碳钢的缓蚀率可达到92.23％,是一种性能优良的阻垢缓蚀剂.【期刊名称】《全面腐蚀控制》【年(卷),期】2012(026)006【总页数】4页(P39-41,51)【关键词】聚天冬氨酸;复配物;循环冷却水;阻垢;缓蚀【作者】邹鹏;王琼【作者单位】广州粤能电力科技开发有限公司,广东广州510800;长沙理工大学化学与生物工程学院,湖南长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TQ310 前言电力、石油、化工及相关工业企业通常在循环水系统中添加水质稳定剂，以减少设备结垢和腐蚀的发生，有效保证企业的安全运行。

现在广泛应用的阻垢缓蚀剂多为含磷阻垢剂，例如：聚磷酸盐、磷酸酯和有机含磷聚合物等。

它们使用后最终将随废水排放到自然水体中，会使得水体富营养化，造成“赤潮”等水体污染。

聚天冬氨酸（PASP）是目前国际公认的无毒、可生物降解、对环境无害的具备阻垢缓蚀性能的绿色水处理剂[1-7]。

作者主要研究了PASP在不同条件下的阻垢性能，并且获得一种以聚天冬氨酸为主体的绿色环保型复合水质稳定剂（PASP+PAA+PBTCA），并研究了该复配物在不同条件下的缓蚀性能。

1 实验部分1.1 静态阻垢实验1.1.1 实验试剂、仪器实验试剂有：碳酸氢钠、氢氧化钾、氢氧化钠、无水氯化钙、乙二胺四乙酸二钠、十水四硼酸钠、钙-羧酸、溴甲酚绿、甲基红、95%乙醇均为分析纯，HC1为标准滴定溶液、聚天冬氨酸（PASP）、聚丙烯酸（PAA）、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）为市售工业品。

鼓泡法对聚天冬氨酸阻垢性能的评价聚天冬氨酸（PDDA）是一种新型的阻垢剂，由天然聚氨酸衍生而得。

具有良好的阻垢性能和抗天气恶劣的能力，可以有效阻止水中的
细菌和污垢的生长。

因此，PDDA是用于水处理领域的理想阻垢剂，越
来越受到关注。

但是，想要深入了解PDDA在水处理中的表现，需要机
械钢鼓泡法来评估它的阻垢效果。

简而言之，机械钢鼓泡法是一种根据泡沫来评估阻垢剂的效能的
方法。

可以将被试液加入到活性剂水中，用调节后的水进行循环，在
麦芽汁天然酵母液中加入PDDA进行混合，然后放置于室内台式搅拌机中，利用机器产生持续的循环搅拌，使泡沫充分发展。

测量造成的泡
沫的体积和稳定度，从而可以得出物质的抗阻垢性，从而检测PDDA的
阻垢效果。

在实验中，为了评估PDDA的阻垢效果，首先选用符合标准的水质，其次，使用机械钢鼓泡法，对已经添加了不同浓度PDDA的水质进行阻
垢测试。

阻垢效果的评估是通过求取样品搅拌前后流量变化率、比表
面张力变化率，来确定PDDA的阻垢效果。

实验表明，当PDDA浓度低于5mM时，阻垢效果几乎没有变化；而在5mM至20mM浓度之间，随着PDDA浓度的增加，阻垢效果也随之增强，达到最大；当浓度超过20mM时，阻垢效果呈现出先上升后下降的趋势。

因此，在适当的浓度范围内，PDDA具有较好的阻垢效果。

综上所述，机械钢鼓泡法是一种用来评估PDDA的有效方法。

它测量的是体外的泡沫，能够准确反映PDDA的阻垢效果。

实验可知，当PDDA浓度在5mM至20mM之间时，抗阻垢效果非常显著。

聚天冬氨酸用途
聚天冬氨酸啊，这可真是个神奇的东西！你知道吗，它就像是一个多面手，在好多地方都能大显身手呢！
咱先说说农业方面吧。

聚天冬氨酸可以帮助植物更好地吸收养分，就好比给植物开了个小灶，让它们能吃得饱饱的，长得壮壮的。

这不是让咱农民朋友们能收获更多更好的庄稼嘛！想象一下，那一片片金黄的麦田，或者是那一串串饱满的葡萄，这里面可都有聚天冬氨酸的功劳呢！
在工业领域，聚天冬氨酸也不含糊呀！它能在水处理中发挥重要作用，就像是一个勤劳的清洁工，把水里的杂质都清理得干干净净。

这样一来，水变得更清澈了，对环境也更好了呀！这多棒啊！
还有啊，在日常生活中，聚天冬氨酸也能给我们带来便利呢。

它可以用于一些清洁产品中，帮助我们更好地去除污渍。

这不就相当于给我们的清洁工作加了一把力嘛！
聚天冬氨酸不就像是我们生活中的一个好帮手吗？它在各个领域默默地奉献着自己，让一切都变得更美好。

我们真应该好好感谢它呢！它虽然不像明星那样耀眼，但却有着实实在在的价值。

你说，这么好的东西，我们能不好好利用吗？我们应该充分发挥它的作用，让它为我们的生活增添更多的色彩。

难道不是吗？
而且啊，随着科技的不断进步，聚天冬氨酸的用途肯定还会不断拓展。

说不定以后它还会出现在更多我们意想不到的地方呢！那时候，我们就会更加惊叹于它的神奇了。

所以呀，大家可别小瞧了聚天冬氨酸，它虽然看起来普普通通，但实际上却有着大大的能量呢！让我们一起期待它能给我们带来更多的惊喜吧！。

新型减水剂——聚天冬氨酸的合成及减水效果研究摘要：减水剂是混凝土工程中使用量最大，且应用最广泛的一种外加剂，本论文通过化学方法合成了A、B、C三种不同分子量的聚天冬氨酸，探索将其作为一种减水剂进行了研究。

结果表明：聚天冬氨酸减水效果明显，对不同品种水泥和掺合料的适应性强，掺料饱和点低和合成工艺简单等优点，拥有作为新一代减水剂的诸多潜力。

关键词：聚天冬氨酸；减水剂；合成；适应性；胶凝材料0 引言如今聚羧酸系减水剂占据大部分减水剂市场，但是，其对不同水泥适应性较差[1]，给混凝土工程的统一性带来了较大繁琐，也导致成本的增加，所以，本文根据聚天门冬氨酸的特殊结构和多样化的性能，尝试将聚天冬氨酸作为一种新型的减水剂进行研究。

聚天门冬氨酸（Polyaspartic Acid缩写为PASP）是一种氨基酸的聚合物，绿色、无污、环保，属于生物高分子材料[2]，其分子量为一千至数十万，它是由聚琥珀酰亚胺（PSI）在碱性条件下断裂环内C-N，N原子与一个H原子相结合，而-C=O则可以与-OH结合形成羧酸基。

聚天冬氨酸的应用特别广泛，因其具有螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，所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领域中[3]；聚天冬氨酸可以富集氮，磷，钾及微量元素供给植物，所以可以作肥料增效剂；它可以与交联剂反应进一步合成超强吸水剂，所以可以将其应用到卫生领域，还可以作为洗涤剂等[4]。

聚天冬氨酸具有良好的发展前景[5]，但是，目前国内还没有应用于减水剂领域中的先例，所以本课题是聚天冬氨酸在一个全新领域的探索研究和应用前景展望。

1 试验原材料水泥：选择标准、冀东、金隅鼎鑫三种水泥作为研究，其性能符合 GB 175-2017《通用硅酸盐水泥》水：采用地下水，其性能符合JGJ 63-2011《混凝土用水标准》聚天冬氨酸：为试验室自己合成，其化学性能符合GB 8076-2008《混凝土外加剂》要求。

如表1-1，为合成聚天冬氨酸的原材。