聚天冬氨酸性能及應(yīng)用研究進(jìn)展

姜玉花

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，遼寧 錦州 121001）

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，環(huán)境友好型化學(xué)品的性能和應(yīng)用研究已成為重要研究課題。聚天冬氨酸（PASP）是一種新型綠色環(huán)保型材料[1]，具有無(wú)毒、易降解、生物相容性好等特點(diǎn)[2]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、水處理、醫(yī)藥和衛(wèi)生等領(lǐng)域[3-6]。本文就PASP的絡(luò)合性、界面性質(zhì)、生物降解性、吸水保濕性、生物相容性及其應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對(duì)PASP的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 PASP的絡(luò)合性

PASP分子側(cè)鏈上含有大量羧基-COOH，其在水溶液中電離出的負(fù)離子能夠與Ca2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+等離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，因而被廣泛用于水處理領(lǐng)域的阻聚劑、重金屬離子的脫除劑、肥料的增效劑等。

1.1 PASP用于阻聚劑

PASP分子中帶負(fù)電的基團(tuán)能夠與水中金屬離子形成可溶性絡(luò)合物，增加成垢化合物溶解能力，從而起到阻垢作用[3]。張玉玲等[7]比較了天冬氨酸-衣康酸共聚物、天冬氨酸-賴(lài)氨酸共聚物和PASP對(duì)碳酸鈣結(jié)垢的抑制作用。結(jié)果表明，相同實(shí)驗(yàn)條件下，天冬氨酸-衣康酸共聚物的阻垢率最高可達(dá)90.12%，略?xún)?yōu)于天冬氨酸-賴(lài)氨酸共聚物，明顯高于PASP。方鈁等[8]合成PASP/鄰氨基酚磺酸接枝共聚物，其對(duì)CaCO3的阻垢率達(dá)到92.7%,而PASP對(duì)CaCO3的阻垢率只有77.1%。Pramanik等[9]研究了PASP及其衍生物對(duì)于含鹽廢水和苦咸水淡化所用反滲透膜的防垢效果，結(jié)果表明PASP衍生物的阻垢能力高于PASP和商業(yè)阻垢劑。

1.2 PASP用于重金屬離子的檢測(cè)

薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)是一種新型的原位被動(dòng)采樣技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水體、土壤和沉積物中的重金屬形態(tài)分析和生物有效性研究[10-13]。陳宏等以PASP溶液為結(jié)合相，以透析膜為擴(kuò)散相，使用薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)對(duì)水和醬油中的重金屬離子進(jìn)行了原位采集測(cè)量[14]。覃小紅等[15]以多孔PASP類(lèi)水凝膠為配體吸附銅離子，在堿性條件下，多孔PASP類(lèi)水凝膠與銅離子絡(luò)合發(fā)生雙縮脲反應(yīng)顯色，實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的可視化檢測(cè)。該銅離子檢測(cè)方法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、可視化、低成本等特點(diǎn)，可用于各種水環(huán)境樣品中微量銅離子的可視化檢測(cè)。

1.3 PASP用于重金屬離子的脫除

高分子凝膠球脫除重金屬具有操作簡(jiǎn)單、選擇性強(qiáng)、吸附容量大、金屬脫除率高、凝膠球可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，具有產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景，是目前重金屬脫除研究的一個(gè)重要方面。何蒙[16]用PASP-聚丙烯酸鈉-海藻酸鈉復(fù)合凝膠球作為吸附劑脫除魷魚(yú)內(nèi)臟酶解液中的鉛，鉛的脫除率介于87.64% ～89.10%之間，且酶解液蛋白質(zhì)損失率不足10%。何蒙等[17]還使用0.05 mol·L-1PASP溶液脫除四角蛤蜊貝肉勻漿液中的鎘，在pH = 3，反應(yīng)時(shí)間3 h，料液比為1∶10的脫除條件下，四角蛤蜊貝肉勻漿液中鎘的脫除可達(dá)89.77%。

1.4 PASP用于肥料增效劑

PASP和肥料配合使用后能夠大幅度增加肥料的利用率，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，可用作肥料增效劑。覃小紅等研究表明，施用PASP可提高肥料利用率達(dá)20%～40%，減少肥料用量20%，可使糧食作物增產(chǎn)10%～15%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)20%～35%[18]。冷一欣等[19]研究表明，施用PASP可增加谷物產(chǎn)量5%～30%。

2 PASP的界面性質(zhì)

PASP是一種表面活性劑，具有吸附、潤(rùn)濕、乳化、增溶、分散等界面性質(zhì)，常用于緩蝕劑、降黏劑、分散劑等。

2.1 PASP用于緩蝕劑

緩蝕作用機(jī)理主要有3種理論：成膜理論、吸附膜理論和電化學(xué)理論。PASP的羧基與銅離子、鐵離子結(jié)合形成螯合物，使PASP在銅或鐵物質(zhì)表面吸附，形成一層保護(hù)膜，故PASP所應(yīng)用到的緩蝕機(jī)理主要是吸附膜理論。PASP緩蝕劑克服了市面上現(xiàn)有的有機(jī)羧酸類(lèi)、聚磷酸鹽類(lèi)、有機(jī)胺類(lèi)、咪唑類(lèi)等緩蝕劑高溫易分解等缺點(diǎn)，成為環(huán)境友好型緩蝕劑。但PASP在性能上與目前市售的阻垢劑仍有一定的差距，無(wú)法在工業(yè)水處理中得到廣泛的應(yīng)用，需要開(kāi)發(fā)PASP衍生物來(lái)提高綜合性能。Migahed等[20]合成了一種加入甘氨酸的PASP衍生物，此衍生物投加量為250×10-6時(shí)的最大緩蝕效率為83.8%，投加量為125×10-6時(shí)的阻垢率為90.2%。Gao等[21]使用聚琥珀酰亞胺、2-氨基乙磺酸和天冬氨酸合成PASP衍生物，此PASP衍生物對(duì)海水中A3鋼具有較好的緩蝕率，并具有優(yōu)良的阻垢性能，投加量為14 mg·L-1時(shí)阻垢率可達(dá)到100%。

2.2 PASP用于降黏劑

聚合物降黏劑是目前鉆井液降黏劑的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。PASP在黏土顆粒表面上有較大的吸附量，可降低鉆井液的黏度，從而起到較好的降粘效果。韶暉等[22]研究表明，PASP具有較好的降黏效果和抗鹽、抗鈣能力。

2.3 PASP用于分散劑

PASP可用作水煤漿的分散劑，宋瑛等[23]以L-天冬氨酸為原料，在磷酸催化下合成了PASP，重均相對(duì)分子質(zhì)量為15 130的PASP加入量為0.4%時(shí)，水煤漿的體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到70%，是一種高效水煤漿分散劑。

3 PASP的生物降解性

PASP的分子間通過(guò)肽鍵連接，與蛋白質(zhì)的連接方式類(lèi)似，因其結(jié)構(gòu)主鏈上的肽鍵易受微生物、真菌等作用而斷裂，這就意味著PASP會(huì)有類(lèi)似于蛋白質(zhì)的生物降解性。Tomida 等[24]報(bào)道PASP水凝膠28 d可降解50%。崔科等[25]研究表明，PASP的生物降解率可達(dá)到100%。王大勇等[26]的研究表明，PASP不能完全被微生物所利用。雖然對(duì)于PASP是否能100%降解還存在一定爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步研究，但PASP無(wú)疑是易生物降解的高聚物。

4 PASP的吸水保濕性

PASP很容易潮解，有很強(qiáng)的吸水性，并能保持水分，可用作吸水材料應(yīng)用于衛(wèi)生領(lǐng)域的女性衛(wèi)生巾和嬰兒紙尿褲，用作保濕劑應(yīng)用于化妝品和食品保鮮等。

4.1 PASP用作吸水材料

PASP作能夠與交聯(lián)劑反應(yīng)合成對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染的超強(qiáng)吸水劑。趙儉波等[27]開(kāi)發(fā)PASP-聚丙烯酸互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠,其保水性能遠(yuǎn)高于聚丙烯酸水凝膠。Wei等[28]開(kāi)發(fā)了高吸水率的PASP水凝膠（300～350 g 水/g 凝膠），并將其應(yīng)用于大青山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)文冠果幼苗的移植，移植實(shí)驗(yàn)表明，文冠果幼苗的存活率和幼苗葉片水分體積分?jǐn)?shù)分別提高了8%～12%和4%～16%。沈賢德等[29]將改性PASP與四甲基乙二胺交聯(lián)制備PASP凝膠，吸水率可高達(dá)600倍。但由于價(jià)格和生產(chǎn)技術(shù)的問(wèn)題，推廣應(yīng)用仍有一定的局限性。

4.2 PASP作為保鮮劑

PASP的吸水保濕性可被應(yīng)用于鮮花和水產(chǎn)品的保鮮。姜希文[30]發(fā)明了一種以PASP同源多肽和1-甲基環(huán)丙烯為主要成分的鮮切花保鮮劑，克服了現(xiàn)有保鮮劑生理毒性高，易對(duì)環(huán)境造成污染等缺點(diǎn)，具有保鮮效果好、無(wú)污染等特點(diǎn)，可有效延長(zhǎng)鮮切花的保鮮期。勵(lì)建榮等[31]研究了以PASP、植酸和海藻酸鈉為主要成分的魷魚(yú)保鮮劑，使用該保鮮劑的生鮮魷魚(yú)魚(yú)肉的保鮮期可達(dá)10～15 d，方便魷魚(yú)肉的運(yùn)輸流通。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以PASP性能分類(lèi)為主線(xiàn)綜述了其在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，但實(shí)際上PASP的每一個(gè)應(yīng)用都不是單一性能獨(dú)立作用的結(jié)果，而是多種性能共同作用的結(jié)果。如PASP用于魷魚(yú)的保鮮，就是PASP的吸水保濕性、抗氧化性、殺菌抑菌功能及對(duì)輔酶金屬離子的螯合能力等共同作用的結(jié)果。PASP未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)側(cè)重于其衍生物研究，通過(guò)尋求新的改性手段，合成更為簡(jiǎn)單易行的可以實(shí)現(xiàn)良好生物性能的PASP衍生物，不斷優(yōu)化PASP衍生物的性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。