螯合剂的概念

2024年2月5日发(作者：苍劲)

螯合剂的概念

双功能螯合剂（bifunctionalchelator，bfc）既有很强的金属

螯合基团，又能与生物分子以共价键的形式连接。生物分子

接通bfc后，既能够与金属稳固融合，又可以确保导入的金属

元素远离生物分子以保证其生物活性不受损失［1-3］。bfc包

含3部分：螯合单元，融合基团和配体构架。理想的bfc应当

该能够在bfc-生物分子低浓度条件下，与放射性核素牢固结

再分，并且存有很高的标记速度［2］。

类bfc由于其结构、性质的特殊性（骨架结构体积

大；不易构成平衡络合物；与生物分子相连接时，较好地维持

了其原有的生化性质），成为bfc领域研究的重点［4-21］。其

中，单胺单酰胺二硫醇（monoamino-monoamidedithiol，mama）等

类联接剂近年来备受关注，并已经被广泛应用于联接受体配

基为、多肽、蛋白质、单克隆抗体等［13-21］；但在制备路线以及提升其稳定性方面，有待进一步积极探索［12-16］，以合乎现今环境及

绿色化学发展的要求。

本文以半胱胺盐酸盐为初始原料，将其巯基用对甲氧苄

基保护后与溴乙酰溴经“one-potreaction”合成mama联接剂

前体，n-（2"-对甲氧苄巯乙基）-2-［（2'-对甲氧苄巯乙基）氨基］乙酰胺，并将其做成更平衡且不易留存的盐酸盐。

螯合剂，是一类能与金属离子形成多配位络合物的交联功能有机材料，其组成是由一个简单正离子和几个中性分子或离子结合而成的复杂离子，称为配离子(又称络离子)，含有配离子的化合物叫配位化合物[18]。它能与重金属离子强力螯合，形成絮凝，达到去除各种重金属目的。与传统去除水中重金属污染的方法相比，螯合剂具有可处理低重金属离子浓度废水、可同时去除多种重金属离子、可去除胶质重金属、不受共存盐类的影响、可在较宽ph范围内反应等许多优点[19]。

螯合剂大致可以分成无机和有机两类，以磷酸酯磷酸盐为代表的无机螯合剂,例如三聚磷酸钠等，其缺点就是高温下易水解，并使螯合能力减少甚至消失，而且只适用于于碱性介质，就可以用作硬水的软化。这类螯合剂难导致水体富营养化，已逐渐被出局。目前，天然高分子和人工合成母体的高分子螯合吸附剂就是主要研究方向，可以根据配位原子对其展开分类，因为从配位原子的种类很难预测螯合吸附剂对重金属离子的选择性，并指导其制备过程。螯合吸附剂中可以做为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]二硫代胺基甲酸盐类就是目前实际应用领域最广为的重金属螯合剂，主要为有机伯胺或仲胺与cs2在碱性条件下反应分解成，它能够抓取阳离子并趋向成键，而分解成容易水溶性的相对分子质量可以超过数百万甚至上千万的二硫代氨基甲酸盐，可以起著高温高压结晶效果[21]。刘新梅等[22]以二乙烯三胺、二硫化碳为原料制备了二硫代氨基甲酸盐类重金属钓集剂dtc(beta)，研究最佳制备工艺，用dtc(beta)处置单一不含铜废为

水，结果表明，它对单一含铜废水的有较好的捕集效果。

而令玉林，戴友芝等[23]利用环氧氯丙烷将二乙烯三胺接枝至氰尿酸分子上，然后重新加入naoh和cs2，在仲胺上导入二硫代氨基甲酸(dtc)基团，制备了一种代莱二硫代氨基甲酸盐类重金属螯合剂cdtc，并对其处置游离cu2+、edta化氢铜和柠檬酸化氢铜废水的性能展开了研究。实验结果表明：cdtc能够轻易除去已化氢的铜，对相同形态的cu2+去除率仅约99%以上，在废水ph=3-12范围内，cdtc对cu2+的去除率低且平衡；处置废水产生的絮体下陷性能不好，不须要额外嵌入其他絮凝剂；螯合沉淀物在弱酸性和碱性条件下很平衡，不能产生二次污染。nuriunlu等[24]研究通过两步制备新型改性螯合剂，首先将乙二胺接枝至孢粉素上(dae-s)，然后用cs2将二硫代氨基甲酸盐与dae-s接枝，并利用制备的螯合吸附剂处置含cu2+、pb2+、cd2+的废水，研究其对重金属离子的螯合溶解性能。结果表明，该螯合吸附剂的溶解过程合乎朗格缪尔溶解等温方程，合乎伪二阶动力方程，对cu2+、pb2+、cd2+的最小溶解量分别为0.2734、0.4572和0.0631mmol·g-1。

以螯合剂为基本组成的环境功能材料还有高分子螯合剂和螯合树脂，高分子螯合剂对不同价态、不同几何构型的金属离子有选择性形成螯合物的能力，它能与水体中重金属离子快速络合，生成良好的絮凝，沉降快速。因此，研究合成新型螯合吸附剂，使其功能化和稳定化，提高其处理水体重金属污染物的效率，找到一种最合理去除

水体重金属污染物的方法。比如，等[25]用聚丙烯腈和二乙烯三胺在一定条件下反应制取pan-dtc树脂，根据二乙烯三胺的浓度相同分成pan-dtc50和pan-dtc150，研究其对zn2+和fe3+的吸附作用。结果表明，该螯合树脂的溶解性能随着ph值的减少而减少，pan-dtc150对zn2+和fe3+的最小溶解量分别为

1.38和1.42mmol·g-1。lanbai等[26]研究首先用聚醚酰亚胺和cs2一定条件下反应合成高分子mdtc，再与氯功能化硅胶反应合成新型螯合吸附剂si-dtc，并处理含pb2+、cd2+、cu2+、hg+的废水。研究了不同条件对si-dtc螯合吸附性能的影响，分别用不同吸附等温线表征该螯合吸附剂的吸附过程，对pb2+、cd2+、cu2+、hg+最大吸附量分别为

0.34、0.32、0.36和0.40mmol·g-1。汤红仙等[27]采用悬浮聚合方法，以丙烯酸和苯乙烯为共聚单体，二乙烯苯为交联剂，甲苯和环己烷为混合致孔剂，引入多胺基团，合成了一系列多胺型螯合树脂。研究结果表明，在n(aa)∶n(st)=2.17、交联剂用量(占共聚单位质量)15%、致孔剂用量(占共聚单位质量)50%的条件下合成的树脂外观规整。以二乙烯三胺为螯合基团，在ph=5时，树脂吸附ni2+的性能最佳，吸附容量达37.7mg·g-1，优于目前的离子交换树脂。

根据目前的研究进展，有机高分子螯合吸附剂的制取方法主要分成两种制备方法，一种就是将不含螯合功能基的单体经过加聚、异构化、开环生成或逐步生成等方法制备。这种制备途径由于功能基为源自单体，因而做成的螯合树脂的溶解容量大，螯合功能基在分子链上原产光滑，制备过程较为困难。该方法制备的多为有机类螯合剂，发展快速，品种逐年减少,沦为螯合剂的发展主流，其种类众多，例如氨基羧酸类、有机磷酸类、羟基羧酸类和共聚羧酸类等。另一种就是利用天然高分子物质或者制备的母体，通过化学反应将具备螯合功能的两端基导入其中，反应构成代莱具备溶解性质的物质，通过吸附作用除去水中污染物。这种螯合剂由于导入天然高分子物质，具备制备方便快捷、

价格低廉、吸附容量大、易洗脱、干扰少和稳定性好等优点，与离子交换树脂相比，与重金属离子的结合能力更强，选择性也更好。wang等[28]利用微乳液法制备包裹了纳米零价铁的聚合物，应用于水体中三氯乙烯的降解。研究讨论了ph值、三氯乙烯的起始浓度、纳米零价铁含量和离子强度等影响降解速率的因素。实验研究表明，载入聚合物后不仅能够阻止纳米零价铁被环境介质过度氧化，还能促使三氯乙烯和被包裹后的纳米颗粒有效互溶。ví等

[29]研究用硅胶吸附磁性赤铁矿,再用二硫代氨基甲酸盐(dtc)功能化，制备一种兼有螯合和溶解功能的新型材料，研究该新型材料对重金属离子的处置效果。研究结果表明，该功能化材料处置不含痕量汞离子的废水，对hg+的溶解去除率超过74%，由于磁性拆分和螯合性能共同促进作用，该材料在除去重金属离子方面存有非常大的创造力。