绿色水处理剂聚天冬氨酸的研究进展

冯亚莉

（郑州工业应用技术学院 药学与化学工程学院，河南郑州 451150）

绿色水处理剂聚天冬氨酸的研究进展

冯亚莉

（郑州工业应用技术学院 药学与化学工程学院，河南郑州 451150）

聚天冬氨酸在水处理方面具有较好的缓蚀、阻垢等性能，而且无毒、易降解，是一种绿色水处理剂，是目前国内外学者研究的热点，具有很好的应用前景。主要介绍了聚天冬氨酸的制备方法、性能及应用等。

聚天冬氨酸；制备方法；性能；应用

聚天冬氨酸具有和蛋白质类似的肽键结构，在微生物、真菌等作用下容易发生断裂而降解，最终的降解产物为CO2和水，对环境友好，因此可以替代许多对环境有害的化学品，被人们誉为“绿色”产品，在各个领域都得到了广泛的应用。

在水处理领域，目前国内外学者研究和开发的热点是环境友好型水处理剂，即绿色水处理剂。聚天冬氨酸（PASP）是一种新型绿色高分子水处理剂，最初由美国Donlar公司于20世纪90年代初所开发。由于聚天冬氨酸结构中含有大量的酰胺基和羧基，可以和多种金属离子螯合形成络合物，且分子中含有较多的孤电子对和极性基团，因此在抑制金属的腐蚀方面具有较好的作用，且能有效地抑制CaSO4和CaCO3的形成，是一种效果良好的环境友好型高分子绿色水处理剂。近年来，随着人们对环境问题的日益关注，聚天冬氨酸的无毒、易降解的性能逐渐在世界各国得到了广泛的应用，其中以美国、德国以及日本等国家的研究最为活跃，美国和德国已经有工业装置投入大批量生产。在我国，随着可持续发展战略的提出，人们环保意识的增强，聚天冬氨酸也将有着不可估量的应用前景。

1 聚天冬氨酸的制备方法

目前，聚天冬氨酸的制备方法主要有两种：一种是以天冬氨酸单体为原料，通过加热缩聚合成聚琥珀酰亚胺（PSI），然后在碱性条件下水解聚琥珀酰亚胺即可得到聚天冬氨酸；另一种则是以马来酸酐和氨水、尿素等氨类物质为原料，进行反应制备聚琥珀酰亚胺，最后对聚琥珀酰亚胺水解可得到聚天冬氨酸[1]。在这两种方法中，以天冬氨酸单体为原料的缩聚法，优点是重现性好，转化率高，可制取相对分子质量较大的产物，且反应过程容易控制，产物颜色浅，而缺点是原料的价格贵，性价比不高；马来酸酐的成本低，而以马来酸酐为原料制备得到的聚天冬氨酸则相对分子质量较小，产率偏低，且温度高时产品颜色较重。因此，在将来的研究中，还要致力于研发出性价比高、制备过程简单、产量高和质量好的聚天冬氨酸的制备方法。

2 聚天冬氨酸的性能

2.1 阻垢性

聚天冬氨酸可以络合多价金属离子，改变硫酸钙盐和碳酸钙盐等的晶体结构[2]，使其结构发生变形以形成软垢而使垢体容易去除，所以聚天冬氨酸的阻垢性较好。霍宇凝等[3]通过一系列实验测得，要满足对碳酸钙的阻垢率达到80%以上，阻垢剂聚天冬氨酸的加入量仅为0.2mg/L即可，说明聚天冬氨酸用量少，阻垢效果好；又测得了环境温度对聚天冬氨酸阻垢率的影响情况，若温度从40℃上升到80℃，其对碳酸钙的阻垢率却几乎不变，这说明环境温度对聚天冬氨酸的阻垢性能影响较小，因此可适应于各种温度的水系统。

2.2 缓蚀性

聚天冬氨酸还具有较好的缓蚀性，能在低氧和强碱的条件下，有效地阻止金属的氧化腐蚀。其原理是聚天冬氨酸与多种金属离子之间有螯合作用，所形成的螯合物在金属表面会形成一层膜，从而能有效阻止金属被腐蚀[4]。另外，聚天冬氨酸及其盐类还能阻止二氧化碳对铁制品的腐蚀，例如当盐溶液中不含或含有少量的溶解氧时，聚天冬氨酸能有效阻止二氧化碳对低碳钢的腐蚀。

2.3 降解性

聚天冬氨酸在真菌、微生物等的作用下极易发生降解，降解产物一般为二氧化碳和水，对环境和人体无毒，聚天冬氨酸的这种可生物降解性使其成为应用前景极好的水处理剂。崔科等[5]利用红外光谱对所合成的聚天冬氨酸的结构进行了表征，并系统研究了聚天冬氨酸的生物降解性，发现聚天冬氨酸的生物降解是在生物物理降解与生物化学降解共同作用下完成的。Nakoto等[6]对由聚琥珀酰亚胺水解得到的聚天冬氨酸的结构和其降解性之间的关系进行了详细研究。结果表明，影响聚天冬氨酸降解性的主要因素是其分子中的支链和末端基团的不规则结构，其中二羧酸基团数目在琥珀酰亚胺基团总数中所占的比例越大，聚天冬氨酸的降解性越好，反之则降解性越差。魏刚等[7]对目前水处理领域中几种常用的阻垢剂的可生物降解性进行了系统研究，认为聚天冬氨酸具有较好的生物降解性是因为其分子链中含有N原子。陶虎春等[8]通过小白鼠毒性实验、种子发芽实验、好氧生物降解实验以及微核实验等一系列实验，也证明了聚天冬氨酸具有较好的生物降解性，是一种环境友好型聚合物。

3 聚天冬氨酸的主要应用

聚天冬氨酸作为一种新型绿色水处理剂，在国内外水处理领域中均得到了广泛应用，另外在其他领域中也有较好的应用前景。

3.1 聚天冬氨酸在水处理领域的应用

从环保角度考虑，聚天冬氨酸的可生物降解性使其成为特别有价值的绿色水处理剂。使用后的聚天冬氨酸可高效、稳定地被微生物、真菌降解为二氧化碳、水等终产物，不用担心会污染环境。由于聚天冬氨酸具有良好的阻垢性，因此被广泛应用于工业循环冷却水处理方面。作为阻垢剂，聚天冬氨酸在抑制水系统中碳酸钙、磷酸钙等的成垢具有较好的效果。另外，聚天冬氨酸在高温环境下阻垢性变化不大，热稳定性好，因此可应用于高温水系统中。

由于聚天冬氨酸及其衍生物的分子结构对其与金属离子的螯合性以及其生物降解性均影响较大，因此今后研究的重点是对聚天冬氨酸进行适当的改性，以改善其阻垢性能，使其能更好地应用于水处理领域。

3.2 聚天冬氨酸在缓蚀领域的应用

聚天冬氨酸具有较好的缓蚀性，能有效地阻止金属的氧化腐蚀。聚天冬氨酸不仅在强碱条件下对金属的缓蚀效果优异，在含少量氧的盐溶液中还能阻止二氧化碳对铁制品的腐蚀。作为缓蚀剂，现在聚天冬氨酸已越来越多地应用于油田勘探、海水淡化、纯水制备等方面，为工业生产带来更好的效益。

3.3 聚天冬氨酸在其他领域的应用

聚天冬氨酸本身不是肥料，但它可以用作肥料增效剂应用于农业领域，以提高农产品产量。一定分子质量的聚天冬氨酸对氮、磷、钾等元素及微量元素有较好的富集作用，因此若将聚天冬氨酸作为添加物添加在肥料里可提高肥效，增加农作物的产量，以提高农业收益。

目前，聚天冬氨酸在医药领域已有较好的应用。利用聚天冬氨酸能有效地抑菌和杀菌的性能，人们常将其作为杀菌剂来使用。另外，聚天冬氨酸及其衍生物在药物控释体系的应用也得到了广大学者的重视，因此，聚天冬氨酸在医药领域的发展前景将不可估量。

在洗化领域，聚天冬氨酸可以添加到市场上销售的一般洗涤剂中，来代替含磷洗涤剂，不仅大大提高了清洁效果，还能避免磷元素对环境的污染。另外，聚天冬氨酸在化妆品和保健品领域当中也有应用，给人们的日常生活带来了极大便利。

4 结束语

绿色水处理剂聚天冬氨酸具有生物降解性好、缓蚀阻垢效率高等优点，随着人们环保意识的逐渐加强，已经成为国内外水处理行业研究的新热点。另外，聚天冬氨酸在其他领域的应用也给我们的生活带来了极大的便利。今后的研究工作重点应是进一步改进聚天冬氨酸的合成方法，进一步简化其合成步骤，提高性价比，并加强对聚天冬氨酸的改性研究，以使其更好地为我们所用。

[1] 柳鑫华，韩捷，刘勇峰，等.聚天冬氨酸阻垢与缓蚀的研究现状与展望[J].清洗世界，2011，27（5）：19-28.

[2] 李鹏飞，夏志，吴长友，等.环境友好型水处理剂聚天冬氨酸的研究进展[J].化工中间体，2013，12（1）：1-4.

[3] 霍宇凝，刘珊，陆柱.新型水处理剂PASP的研究[J].华东理工大学学报，2000，21（3）298-300.

[4] 和欢芹，侯永江，何丽，等.改性聚天冬氨酸的缓蚀性能及机理研究[J].工业水处理，2012，32（5）：69-72.

[5] 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.

[6] Nakato Takeshi，Yoshitake Masako.Relationships between structure and properties of polyaspartic acids[J].Macromolecules，2013，31（7）：2107-2113.

[7] 魏刚，许亚男，熊蓉春.阻垢剂的可生物降解性研究[J].北京化工大学学报，2001，28（1）：59-62.

[8] 陶虎春，黄君礼，杨士林，等.聚天冬氨酸的环境影响研究[J].环境科学研究，2004，17（5）：32-35.

Research Progress of Green Asparagine as Green Water Treatment Agent

Feng Ya-li

Polyaspartic acid has good corrosion inhibition，scale inhibition and other properties in water treatment，and it is a kind of green water treatment agent，which is a hot spot in domestic and foreign scholars.Application prospects.This paper mainly introduces the preparation method，properties and main applications of polyaspartic acid.

polyaspartic acid；preparation method；performance；application

TQ085.4

A

1003–6490（2017）10–0001–02