绿色水处理剂——聚天冬氨酸

环保推动水处理领域技术革命
绿色环保浪潮、全球范围内节水意识的增强以及化学药品的安全性为水处理剂提出了新的要求。水溶性聚合物已成为近年来水处理领域的研究热点，尤其是带有羧酸的聚合物，是最重要的水溶性聚合物，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸已用作洗涤剂、阻垢剂、絮凝剂等，并直接被排放到环境中。尽管这些聚合物有很广泛的应用，但是最近的研究表明，除了其低聚物，它们很难生物降解，对环境可能产生很多危害，所以从环境的可接受性和废物利用的观点来看，研制一种带有羧酸基团的可生物降解水处理剂已成为全球环境保护的迫切需要。
聚天冬氨酸已成为绿色水处理剂热点
带有自由羧酸基团的聚氨基酸，如聚天冬氨酸和聚谷氨酸是可生物降解水溶性聚合物的候选者之一。聚天冬氨酸作为阻垢剂可用于冷却水处理、锅炉水处理、海水淡化、反渗透膜、闪蒸器和油田回收水处理等。由于聚天冬氨酸的良好生物相容性和可生物降解的特点，被人们誉为绿色缓蚀剂和绿色阻垢剂。在国际上，绿色阻垢剂聚天冬氨酸在水处理领域已成为世纪之交的研究热点。
以往制备聚天冬氨酸的方法主要有以下几种：天冬氨酸加热缩聚的方法；用氨基酸的一羧基酸酐聚合的方法；聚合活化的氨基酸酯的方法；聚合N一二硫代羰基氨基酸的方法；聚合氨基酸的盐酸盐方法。这些方法首先用生物方法和化学方法合成天冬氨酸，然后用天冬氨酸聚合制得聚天冬氨酸。
受绿色化学浪潮的影响，美国Donlar公司发明了一种热聚合成聚天冬氨酸的方法，率先实现了L一天冬氨酸工业规模的生产。这种方法是以粉化的L一天冬氨酸为单体，热缩聚合成聚天冬氨酸，其转化率高于97%。由于这种方法容易得到聚天冬氨酸，因此它在解决环境问题，特别是在可生物降解的水溶性聚合物领域具有很大的潜在优势。为此，Donlar公司获得了1996年美国的“总统绿色化学挑战年度奖"。
从环境的可接受性和废物处理的观点来看，聚天冬氨酸的生物降解能力使
它们具有特殊的价值。聚天冬氨酸可作为CaSO4和BaSO4、CaC03和Ce3(P04)2的阻
垢剂，使用后可降解为环境可接受的最终产物。
虽然聚天冬氨酸的直接合成已经实现了工业化，但聚合单体是以昂贵的天
冬氨酸为原料，不利于聚天冬氨酸水处理剂的广泛应用。
近年来人们在研究直接合成的同时，又另辟蹊径进行.r间接合成的研究工作。随着对聚天冬氨酸合成方法的不断探索，人们不但从合成路线，而且从反应的外部条件等方面都作厂进一步改进。1994年德国拜耳公司的KoaruHaradad等人利用微波辐射苹果酸铵、马来酸铵、富马酸铵及它们的混合物制备无水聚天冬氨酸，同时用碳酸氢钠水溶液部分水解无水聚天冬氨酸制备聚天冬氨酸。此方法在短时间内可制得高产率聚天冬氨酸，与以前的方法相比有一定优越性。1996年拜耳公司又研制出将马来酸铵或马来酸/富马酸铵及其衍生物在双螺杆挤压机或带喷管的筒形反应器中反应来合成聚天冬氨酸的方法。
近年来，随着对聚天冬氨酸合成的进一步研究，人们又提出了用聚胺和聚酸在高温下通过复杂反应合成聚琥珀酰亚胺，然后再用碱水解制备聚天冬氨酸的方法。
中国应尽快加强聚天冬氨酸的研发目前已实现工业化的聚天冬氨酸的合成方法是天冬氨酸单体缩聚，这种方法的缺点一是成本高，二是得到的是均聚体，生物降解性不十分理想，性能单一，因此缺乏市场竞争力，限制了聚天冬氨酸水处理剂的广泛应用。国外虽有报道用间接方法制备聚天冬氨酸，但都处于初研究阶段，得到的聚合物仅是实验室样品；而国内目前这方面的研究还几乎空白。
面对绿色浪潮的冲击，中国的水处理领域也必须迎接挑战。因此，根据中国水处理市场状况，研制出一种可生物降解、阻垢和分散性能良好的聚天冬氨酸阻垢剂，填补国内水处理剂领域的一项空白，不论在基础研究还是应用方面都具有重大意义。