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10

mg/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