螯合劑的概念

2024年2月5日發(作者：蒼勁)

螯合劑的概念

雙功能螯合劑（bifunctionalchelator，bfc）既有很強的金屬

螯合基團，又能與生物分子以共價鍵的形式連接。生物分子

接通bfc后，既能夠與金屬穩固融合，又可以確保導入的金屬

元素遠離生物分子以保證其生物活性不受損失［1-3］。bfc包

含3部分：螯合單元，融合基團和配體構架。理想的bfc應當

該能夠在bfc-生物分子低濃度條件下，與放射性核素牢固結

再分，并且存有很高的標記速度［2］。

類bfc由于其結構、性質的特殊性（骨架結構體積

大；不易構成平衡絡合物；與生物分子相連接時，較好地維持

了其原有的生化性質），成為bfc領域研究的重點［4-21］。其

中，單胺單酰胺二硫醇（monoamino-monoamidedithiol，mama）等

類聯接劑近年來備受關注，并已經被廣泛應用于聯接受體配

基為、多肽、蛋白質、單克隆抗體等［13-21］；但在制備路線以及提升其穩定性方面，有待進一步積極探索［12-16］，以合乎現今環境及

綠色化學發展的要求。

本文以半胱胺鹽酸鹽為初始原料，將其巰基用對甲氧芐

基保護后與溴乙酰溴經“one-potreaction”合成mama聯接劑

前體，n-（2"-對甲氧芐巰乙基）-2-［（2'-對甲氧芐巰乙基）氨基］乙酰胺，并將其做成更平衡且不易留存的鹽酸鹽。

螯合劑，是一類能與金屬離子形成多配位絡合物的交聯功能有機材料，其組成是由一個簡單正離子和幾個中性分子或離子結合而成的復雜離子，稱為配離子(又稱絡離子)，含有配離子的化合物叫配位化合物[18]。它能與重金屬離子強力螯合，形成絮凝，達到去除各種重金屬目的。與傳統去除水中重金屬污染的方法相比，螯合劑具有可處理低重金屬離子濃度廢水、可同時去除多種重金屬離子、可去除膠質重金屬、不受共存鹽類的影響、可在較寬ph范圍內反應等許多優點[19]。

螯合劑大致可以分成無機和有機兩類，以磷酸酯磷酸鹽為代表的無機螯合劑,例如三聚磷酸鈉等，其缺點就是高溫下易水解，并使螯合能力減少甚至消失，而且只適用于于堿性介質，就可以用作硬水的軟化。這類螯合劑難導致水體富營養化，已逐漸被出局。目前，天然高分子和人工合成母體的高分子螯合吸附劑就是主要研究方向，可以根據配位原子對其展開分類，因為從配位原子的種類很難預測螯合吸附劑對重金屬離子的選擇性，并指導其制備過程。螯合吸附劑中可以做為配位原子的存有第五族至第七族元素，以o、n、s、p、as、居多[20]二硫代胺基甲酸鹽類就是目前實際應用領域最廣為的重金屬螯合劑，主要為有機伯胺或仲胺與cs2在堿性條件下反應分解成，它能夠抓取陽離子并趨向成鍵，而分解成容易水溶性的相對分子質量可以超過數百萬甚至上千萬的二硫代氨基甲酸鹽，可以起著高溫高壓結晶效果[21]。劉新梅等[22]以二乙烯三胺、二硫化碳為原料制備了二硫代氨基甲酸鹽類重金屬釣集劑dtc(beta)，研究最佳制備工藝，用dtc(beta)處置單一不含銅廢為

水，結果表明，它對單一含銅廢水的有較好的捕集效果。

而令玉林，戴友芝等[23]利用環氧氯丙烷將二乙烯三胺接枝至氰尿酸分子上，然后重新加入naoh和cs2，在仲胺上導入二硫代氨基甲酸(dtc)基團，制備了一種代萊二硫代氨基甲酸鹽類重金屬螯合劑cdtc，并對其處置游離cu2+、edta化氫銅和檸檬酸化氫銅廢水的性能展開了研究。實驗結果表明：cdtc能夠輕易除去已化氫的銅，對相同形態的cu2+去除率僅約99%以上，在廢水ph=3-12范圍內，cdtc對cu2+的去除率低且平衡；處置廢水產生的絮體下陷性能不好，不須要額外嵌入其他絮凝劑；螯合沉淀物在弱酸性和堿性條件下很平衡，不能產生二次污染。nuriunlu等[24]研究通過兩步制備新型改性螯合劑，首先將乙二胺接枝至孢粉素上(dae-s)，然后用cs2將二硫代氨基甲酸鹽與dae-s接枝，并利用制備的螯合吸附劑處置含cu2+、pb2+、cd2+的廢水，研究其對重金屬離子的螯合溶解性能。結果表明，該螯合吸附劑的溶解過程合乎朗格繆爾溶解等溫方程，合乎偽二階動力方程，對cu2+、pb2+、cd2+的最小溶解量分別為0.2734、0.4572和0.0631mmol·g-1。

以螯合劑為基本組成的環境功能材料還有高分子螯合劑和螯合樹脂，高分子螯合劑對不同價態、不同幾何構型的金屬離子有選擇性形成螯合物的能力，它能與水體中重金屬離子快速絡合，生成良好的絮凝，沉降快速。因此，研究合成新型螯合吸附劑，使其功能化和穩定化，提高其處理水體重金屬污染物的效率，找到一種最合理去除

水體重金屬污染物的方法。比如，等[25]用聚丙烯腈和二乙烯三胺在一定條件下反應制取pan-dtc樹脂，根據二乙烯三胺的濃度相同分成pan-dtc50和pan-dtc150，研究其對zn2+和fe3+的吸附作用。結果表明，該螯合樹脂的溶解性能隨著ph值的減少而減少，pan-dtc150對zn2+和fe3+的最小溶解量分別為

1.38和1.42mmol·g-1。lanbai等[26]研究首先用聚醚酰亞胺和cs2一定條件下反應合成高分子mdtc，再與氯功能化硅膠反應合成新型螯合吸附劑si-dtc，并處理含pb2+、cd2+、cu2+、hg+的廢水。研究了不同條件對si-dtc螯合吸附性能的影響，分別用不同吸附等溫線表征該螯合吸附劑的吸附過程，對pb2+、cd2+、cu2+、hg+最大吸附量分別為

0.34、0.32、0.36和0.40mmol·g-1。湯紅仙等[27]采用懸浮聚合方法，以丙烯酸和苯乙烯為共聚單體，二乙烯苯為交聯劑，甲苯和環己烷為混合致孔劑，引入多胺基團，合成了一系列多胺型螯合樹脂。研究結果表明，在n(aa)∶n(st)=2.17、交聯劑用量(占共聚單位質量)15%、致孔劑用量(占共聚單位質量)50%的條件下合成的樹脂外觀規整。以二乙烯三胺為螯合基團，在ph=5時，樹脂吸附ni2+的性能最佳，吸附容量達37.7mg·g-1，優于目前的離子交換樹脂。

根據目前的研究進展，有機高分子螯合吸附劑的制取方法主要分成兩種制備方法，一種就是將不含螯合功能基的單體經過加聚、異構化、開環生成或逐步生成等方法制備。這種制備途徑由于功能基為源自單體，因而做成的螯合樹脂的溶解容量大，螯合功能基在分子鏈上原產光滑，制備過程較為困難。該方法制備的多為有機類螯合劑，發展快速，品種逐年減少,淪為螯合劑的發展主流，其種類眾多，例如氨基羧酸類、有機磷酸類、羥基羧酸類和共聚羧酸類等。另一種就是利用天然高分子物質或者制備的母體，通過化學反應將具備螯合功能的兩端基導入其中，反應構成代萊具備溶解性質的物質，通過吸附作用除去水中污染物。這種螯合劑由于導入天然高分子物質，具備制備方便快捷、

價格低廉、吸附容量大、易洗脫、干擾少和穩定性好等優點，與離子交換樹脂相比，與重金屬離子的結合能力更強，選擇性也更好。wang等[28]利用微乳液法制備包裹了納米零價鐵的聚合物，應用于水體中三氯乙烯的降解。研究討論了ph值、三氯乙烯的起始濃度、納米零價鐵含量和離子強度等影響降解速率的因素。實驗研究表明，載入聚合物后不僅能夠阻止納米零價鐵被環境介質過度氧化，還能促使三氯乙烯和被包裹后的納米顆粒有效互溶。ví等

[29]研究用硅膠吸附磁性赤鐵礦,再用二硫代氨基甲酸鹽(dtc)功能化，制備一種兼有螯合和溶解功能的新型材料，研究該新型材料對重金屬離子的處置效果。研究結果表明，該功能化材料處置不含痕量汞離子的廢水，對hg+的溶解去除率超過74%，由于磁性拆分和螯合性能共同促進作用，該材料在除去重金屬離子方面存有非常大的創造力。