全 文 ：第 ! 卷第 # 期
$%&% 年 月
生"物"加"工"过"程
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收稿日期&$%%. 8%& 8&)
基金项目&国家重点基础研究发展计划$.-# 计划% 资助项目$$%%-*Y&,#%,%)国家自然科学基金资助项目$$%)-,%#!%)教育部科学技术重大研
究项目$%$%)%
作者简介&徐"浩$&.!#%"男"河南南阳人"硕士研究生"研究方向&发酵与酶工程)徐"虹$联系人%"教授"XN<=;G&IH4e?VH:7B@H7C?
新型绿色阻垢剂
!
聚谷氨酸的阻垢性能
徐"浩"梁金丰"朱宏阳"李"莎"徐"虹
$南京工业大学 食品与轻工学院 材料化学工程国家重点实验室"南京 $&%%%.%
摘"要&以实验室自制的低相对分子质量
!
聚谷氨酸$Ta5P(%为研究对象"系统研究其阻碳酸钙垢(硫酸钙垢性
能及其相关影响因素 结果表明&Ta5P(的平均相对分子质量在 f% j&%#和 -f% j&%#时"具有相近的阻碳酸钙垢
性能"且在药剂投加质量浓度达到$% 的增加"其阻碳酸钙垢性能发生下降)Ta5P(是一种优良的硫酸钙阻垢剂"在药剂投加质量浓度达&% 硫酸钙阻垢率可达 .%k以上
关键词&
!
聚谷氨酸)低相对分子质量)阻垢剂
中图分类号&_1.$#""""文献标志码&(""""文章编号&&)-$ 8#)-!$$%&%%%# 8%%)$ 8%,
1./; 962B $
!
S;63G5H.:5:.J% 515 K./J27;400/1:560./-.M.G24
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""在水处理阻垢剂中"环境友好型的聚合物类阻
垢剂近年来异军突起"以其良好的阻垢性能和可生
物降解性越来越受到广泛关注"如聚天冬氨酸,&-和
聚环氧琥珀酸,$-等
!
聚谷氨酸$
!
5P(%是一种
水溶性的可生物降解的聚氨基酸"由 H 型或 7 型
谷氨酸通过
!
酰胺键,#-连接而成"可通过微生物
大规模发酵生产,, 8- "能够实现工业化和规模化生
产 由于其具有与聚天冬氨酸相似的性质"因此也
可以起到类似的阻垢作用"目前国外已有相关的
报道,) 8--
""本文以实验室自制的低相对分子质量
!
5P(
产品为研究对象"研究其阻碳酸钙垢的性能及其相
关影响因素 同时"对
!
5P(的阻硫酸钙性能作
相关评定
E?材料与方法
EPE?原料
""不同低相对分子质量
!
5P($Ta5P(%"实验
室自制"制备方法参见文献,!-
EPC?阻碳酸钙垢性能实验
""参照PY0_&))#$#&..),.-进行Ta5P(静态阻
碳酸钙垢实验
EP@?阻硫酸钙垢性能实验
""在反应体系中加入 *=*G
$
标准溶液"使 *=$m质
量浓度%f$ J0T"并加入一定量的Ta5P(水处理剂"
摇匀后加入/=
$
S+
,
溶液"使 S+$ 8
,
质量浓度%f# J0T"
摇匀 !% l水浴恒温&% 4 反应结束后"冷却"中
速定量滤纸过滤 移取$ 水" XU_(标准液滴定至绿色荧光消失 阻垢率计算
同 &f$
C?结果与讨论
CPE?aAX%*阻碳酸钙垢性能
""制备 , 种 Ta5P(试样"用于阻碳酸钙垢性能
实验"结果如表 & 所示
表 E?aAX%*阻碳酸钙垢性能
F5M60E?!G5G.::56:.3H:54M2/5G0./-.M.G.2/
07.:.0/:B 27aAX%*
"
$药剂%0
$8&
%
阻垢率0k
&i
#f j&%
#
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f% j&%
#
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#
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$% !)f)) !!f% !-f.$ ),f-)
% .$f& .,f%. .,f- !%f&#
注&&为平均相对分子质量
""从表 & 可知&平均相对分子质量为 f% j&%#和
-f% j&%
#
$ 个试样的阻碳酸钙垢效果相近"而平均
相对分子质量为 #f j&%#和 &%f% j&%#的 Ta5P(
阻碳酸钙垢效果相对较差 原因可能是由于平均
相对分子质量低于 f% j&%#的 Ta5P(与金属离子
间作用力较弱"而平均相对分子质量大于-f% j&%#
的Ta5P(自身相互作用易形成凝胶状聚合物"都
对阻垢不利,&%- 从表 & 可以看出"Ta5P(的阻碳
酸钙垢性能随着药剂投加浓度的增加而上升"投加
质量浓度小于&% 质量浓度达到$% 果非常明显 于是以下实验均选用平均相对分子
质量为 f% j&%#的Ta5P(进行研究
CPC?,5
C f质量浓度对aAX%*阻碳酸钙垢性能的
影响
""分别配制不同质量浓度的 *=$m$.)($,%(,!%(
.)% 响"结果如图 & 所示
图 E?,5Cf质量浓度对aAX%*阻碳酸钙垢性能的影响
Q.;=E?#70:G127,5
Cf
2/45G0271:560./-.M.G.2/
""从图 & 可以看出"随着 Ta5P(浓度的提高"其
阻碳酸钙垢性能明显提高 对于相同投加质量浓
度的 Ta5P("当 *=$m质量浓度低于$,% Ta5P(具有良好的阻垢性能"随着 *=$m质量浓度
进一步增加"Ta5P(阻垢性能发生下降"当其大于
,!% 钙垢的机制可能在于"它与水中*=$m作用能形成稳
定的可溶性螯合物" 提高了水中 *=$m的允许浓度"
相对来说就增大了钙盐的溶解度"从而达到阻垢的
效果,&& 8&$-
CP@?9"对aAX%*阻碳酸钙垢性能的影响
""9L对 Ta5P(阻垢效果的影响如图 $ 所示
由图 $ 可知"Ta5P(的阻垢率随 9L的升高而降
低"当 9L为 &%f 时"Ta5P(阻垢性能下降比较严
重"说明Ta5P(阻垢剂不适用于高 9L的水处理领
域 从图 $ 还可以看出"在高 9L作用下"适当提高
Ta5P(浓度"其阻垢率能够得到一定的改善 在高
9L作用下"Ta5P(可能由于降解而使阻垢率
下降,!-
#)"第 # 期 徐"浩等&新型绿色阻垢剂
!
聚谷氨酸的阻垢性能
图 C?9"对aAX%*阻垢率的影响
Q.;=C?#70:G1279"2/45G0271:560./-.M.G.2/
CPT?温度与时间对 aAX%*阻碳酸钙垢性能的
影响
""反应体系中采用 $% 应温度与反应时间"测定 Ta5P(阻垢率变化"结果
如图 # 所示
图 @?温度与时间对aAX%*阻垢率的影响
Q.;=@?#70:G127G0H9045G3405/JG.H02/
45G0271:560./-.M.G.2/
""从图 # 可以看出"Ta5P(阻垢率受温度影响很
大"阻垢率随着恒温温度的升高而逐渐降低"尤其
在高温时$!% l以上%阻垢率急剧下降"这可能是
由于Ta5P(产生了一定降解"且在高温下"其吸附
晶核的能力下降所致,!"&#- 另外"随着恒温时间的
延长"Ta5P(阻垢率呈现明显下降的趋势 因此"
在用于水力停留时间较长的水处理系统的阻垢"需
要对Ta5P(进行补加或者增大其用量"以进一步
维持有效的阻垢性能
CPU?aAX%*阻硫酸钙垢性能
""硫酸钙也是水垢中的主要成分"因此对Ta5P(
阻硫酸钙垢的性能进行了初步探讨 分别考察 , 种
不同平均相对分子质量 Ta5P(的阻硫酸钙垢性
能"结果如表 $ 所示
表 C?aAX%*阻硫酸钙垢性能
F5M60C?F-01G5G.::56:.3H13675G0./-.M.G.2/
07.:.0/:B 27aAX%*
"
$药剂%0
$8&
%
阻垢率0k
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% .!f-$ ..f%, .!f.& .-f
注&&为平均相对分子质量
""从表 $ 可以看出"Ta5P(是一种优良硫酸钙阻
垢剂"在投加质量浓度为&% .%k以上"表现出了良好的阻硫酸钙垢性能 , 种
相对分子质量的 Ta5P(对硫酸钙阻垢性能相差并
不明显"说明相对分子质量对硫酸钙的阻垢性能影
响较小
@?结?论
""&%测定了 , 种不同相对分子质量的 Ta5P(的
阻碳酸钙垢性能"其中平均相对分子质量分别为
f% j&%
#和 -f% j&%#的Ta5P("其阻碳酸钙垢效果
相近"而平均相对分子质量为 #f j&%#和 &%f% j
&%
#的Ta5P(阻碳酸钙垢性能相对较差 另外"阻
垢率随着药剂投加浓度的增大而增大"在药剂投加
质量浓度达到$% ""$%测定了各种影响因素下"Ta5P(阻碳酸钙垢
的性能 当*=$m质量浓度低于$,% 具有良好的阻垢性能 随着 9L的升高"Ta5P(阻
垢性能发生降低"当 9L为 &%f 时"阻垢性能下降
比较显著 另外随着恒温温度的升高(恒温时间的
延长"Ta5P(阻垢率呈现明显下降的趋势"因此对
于要求管路水力停留时间较长的水处理系统的阻
垢"需增大其投药用量
""#%测定了 , 种不同相对分子质量 Ta5P(阻硫
酸钙的性能 发现 , 种 Ta5P(对硫酸钙的阻垢性
能都很好"在投加质量浓度&% .%k以上"说明 Ta5P(是一种很好的硫酸钙阻
垢剂
,) 生"物"加"工"过"程"" 第 ! 卷"
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B?J;?BBF;?J"$%%!$&%%&
##############################################
.N&&7
国外动态
生物技术工业组织号召美国加快发展生物基化学品和塑料工业
生物技术工业组织$Y[+%于 $%&% 年 # 月下旬发出号召"希望美国制定加快发展生物基化学品和塑料工
业政策"以便在 $% 年内完成美国石化原料的转变"并加大进军中东和亚洲的进程
新发布的白皮书指出"生物基化学品和产品是美国经济发展和绿色就业新的驱动力"化学品和塑料原
是美国出口收入的主要来源"但自 $% 世纪 !% 年代起美国化学品和塑料行业优势开始减弱"此期间内石油资
源丰富的国家开始大力投资石油衍生物工业 在前 $% 年内"美国化学工业总人数已从 &..% 年 &%% 多万人
减少到 $%%. 年 !% 多万人"减少了 $%k"预计还会进一步减少 塑料工业的员工数也有类似的趋势"从 $%%$
年至今减少了 &$k"从事塑料业务的人数减少了 &#k 目前"只有不到 ,k的销售额是基于生物基的 据
最近美国农业部的分析"提出到 $%$ 年"在足够的美国政策支持下"生物基化学品和塑料行业潜在的市场份
额可超过 $%k
$文伟河%
)"第 # 期 徐"浩等&新型绿色阻垢剂
!
聚谷氨酸的阻垢性能