螯合劑在化學(xué)化工中的應(yīng)用
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，螯合劑也得到了很廣泛的應(yīng)用。特別是在廢水處理、分析化學(xué)、造紙化學(xué)品、紡織化學(xué)品、清洗劑等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。
1. 在廢水治理中作為重金屬捕集劑的應(yīng)用
重金屬污染問(wèn)題歷來(lái)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，溶液中的重金屬較易被穩(wěn)定化。對(duì)于一些兩性金屬，如As，Cr，Pd，Zn等，可通過(guò)控制其pH值使其具有最低的溶解度，大部分重金屬可用硫化物沉淀等法去除。但若溶液中的重金屬處于不利價(jià)態(tài)，或以穩(wěn)定可溶的螯合物如磷酸酯、檸檬酸鹽、葡萄糖酸、氨基乙酸、EDTA或天然有機(jī)酸等存在，這將給穩(wěn)定化帶來(lái)困難，并且，普通的沉淀法所產(chǎn)生的污泥，在pH值改變的情況下會(huì)再度溶出，二次污染的可能性非常大。針對(duì)這些問(wèn)題，近期國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始了應(yīng)用有機(jī)重金屬捕集劑來(lái)去除重金屬的研究。
重金屬捕集劑可為二烴基二硫代磷酸的銨鹽、鉀鹽或鈉鹽，其活性基團(tuán)(給電子基團(tuán))為二硫代磷酸，因活性基團(tuán)中的硫原子電負(fù)性小、半徑較大、易失去電子并易被極化變形產(chǎn)生負(fù)電場(chǎng)，故能捕捉陽(yáng)離子并趨向成鍵，生成難溶于水的二烴基二硫代磷酸鹽。當(dāng)捕捉劑與某一金屬離子結(jié)合時(shí)，均通過(guò)其結(jié)構(gòu)中的2個(gè)硫與金屬離子形成四元環(huán)，故形成的化合物為螯合物，并有較高的穩(wěn)定性。
有實(shí)驗(yàn)表明，在原水中Hg2+為197 mg·L- 1，反應(yīng)的攪拌時(shí)間為30 min，pH5.46，環(huán)境溫度為24.2℃的條件下，隨著捕集劑加入量的增加，去除率隨之增加。在理論加入量的1.2倍時(shí)，去除率已達(dá)100%，處理后的Hg2+濃度均低于0.5 mg·L- 1。實(shí)驗(yàn)還表明，在pH1-13范圍內(nèi)，重金屬螯合劑對(duì)各種金屬離子的捕集效率都在99%以上。
總之，重金屬螯合劑捕集重金屬離子的效率較高，能使處理后的重金屬?gòu)U水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，處理重金屬?gòu)U水時(shí)污泥沉淀快，含水率低，為后續(xù)的處理提供了方便。捕集效果不受堿金屬和堿土金屬共存的影響，也不受溶液pH值變化的影響。
2. 在無(wú)機(jī)高效液相色譜中的應(yīng)用
高效液相色譜(HPLC)是有機(jī)、生化分析的重要工具，在無(wú)機(jī)分析方面也發(fā)展迅速。柱前衍生無(wú)機(jī)HPLC尤其引人注意，已成為一種重要的分離分析手段。它通過(guò)金屬離子與螯合劑形成金屬螯合物，將多種金屬離子進(jìn)行同時(shí)分離測(cè)定，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)分離能力優(yōu)良，能使最大吸收波長(zhǎng)相近、性質(zhì)相似的金屬螯合物得到分離，同時(shí)測(cè)定多種元素；(2)靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)超高靈敏度分析。摩爾吸光系數(shù)達(dá)104的螯合劑，有吸光度滿刻度(AUFS)0.01的量程，對(duì)原子量為60左右的金屬離子能較容易地達(dá)到納克級(jí)的高靈敏度；(3)效率高，一般只需10 - 20min即可分離測(cè)定。氨羧類(lèi)螯合劑是分析化學(xué)中應(yīng)用最廣泛的試劑之一，其中EDTA也用于HPLC分離金屬螯合物。雷志洪等用氨基聚羧酸在C18柱上分離了Bi、Co、Pb、Mn、和Ni，所用流動(dòng)相為乙腈-水體系，檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm。這類(lèi)試劑在HPLC上的應(yīng)用尚未完全開(kāi)發(fā)，如果能提高靈敏度，這類(lèi)試劑在多元素同時(shí)測(cè)定上將有廣泛的應(yīng)用。
3. 作為掩蔽劑在分析化學(xué)中的應(yīng)用
在分析化學(xué)中，干擾離子會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，如何消除其它離子的干擾，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，除了發(fā)展高選擇性的試劑外，掩蔽劑的使用也是一個(gè)很重要的途徑。在分析化學(xué)中的所謂“掩蔽”，是指離子或分子無(wú)須進(jìn)行分離而僅經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)(通常是形成配合物)即可不再干擾分析反應(yīng)過(guò)程。
掩蔽離子反應(yīng)的主要類(lèi)型有：沉淀掩蔽、氧化還原掩蔽、配合掩蔽。螯合劑作為掩蔽劑，在配合掩蔽反應(yīng)中有廣泛的應(yīng)用。在配合掩蔽反應(yīng)中，利用干擾離子與掩蔽劑形成穩(wěn)定的螯合物，從而不再干擾分析反應(yīng)。例如EDTA以及其他氨羧類(lèi)配合劑能與金屬離子形成穩(wěn)定的1∶1的螯合物，而且多數(shù)螯合物能在瞬間形成，是容量分析常用的一類(lèi)重要滴定劑。氨羧螯合劑大多數(shù)具有與EDTA相類(lèi)似的性質(zhì)，即能與許多金屬離子形成螯合物，只是不同的試劑與金屬離子螯合能力各不相同，這便為我們提供了選擇使用這類(lèi)試劑作為某些金屬離子掩蔽劑的可能性。
例如植酸(C6H6[OPO(OH)2]6)的六元環(huán)聯(lián)著六個(gè)磷酸酯基團(tuán)- OPO(OH)2，這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予它比較強(qiáng)的配合能力，這一點(diǎn)在它的許多應(yīng)用(如作為食品添加劑以防止金屬離子沉淀或除去放射性污染物，作為除銹劑、清潔劑和有毒金屬的解毒劑等)中已體現(xiàn)出來(lái)了。試驗(yàn)表明，在pH5.5或pH4.5，以5-[(5-溴- 2-吡啶)偶氮]- 2，4-二氨基甲苯(5- Br- PA- DAT)為指示劑，用EDTA滴定Cu2+時(shí)，可以用植酸掩蔽Fe3+、Al3+、Sn4+、Ti4+、Th4+、La3+和Ce3+。應(yīng)用本法測(cè)定錫青銅、磷青銅和鋁青銅中的銅，結(jié)果滿意。與具有近似掩蔽性能的氟化鉀比較，植酸具有不腐蝕玻璃儀器和不影響pH玻璃電極性能的優(yōu)點(diǎn)。
4. 在印染工業(yè)中的應(yīng)用
在紡織化學(xué)品加工過(guò)程中，處理液中或多或少都存在一些陽(yáng)離子，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+等，這些陽(yáng)離子有時(shí)對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生不利影響，當(dāng)產(chǎn)生消極作用時(shí)，就必須除掉這些金屬離子，改變金屬離子的存在狀態(tài)，螯合法是最常用的方法之一。螯合法就是加入螯合劑，使之與金屬離子形成螯合物，改變了金屬離子在溶液中的存在狀態(tài)，這樣就抑制了金屬離子的作用。
無(wú)機(jī)螯和劑中的多聚磷酸鹽，例如三聚磷酸鈉(STPP)其配合能力屬于中等，與重金屬離子、鈣土金屬離子配合生成具有高溫穩(wěn)定的螯合物，能用于凈洗劑及紡織品前處理。染色中，也可以減少因重金屬離子存在而造成的色差。
金屬離子的存在也會(huì)影響陽(yáng)離子染色，比如：Ca2+、Mg2+等金屬離子會(huì)與染料陽(yáng)離子相互爭(zhēng)奪纖維上的染座，從而降低了染色速度。此外Fe3+、Cu2+等對(duì)染色物的色光也有影響，加入適當(dāng)量的螯合劑即可消除這些不利影響。
5. 在制漿造紙中的應(yīng)用
有的工廠用螯合劑來(lái)控制樹(shù)脂障礙，把螯合劑加入磨木機(jī)使用水中，每噸漿使用1.14-2.27 kg，在磨漿提高白度的同時(shí)，還有控制樹(shù)脂的效果，減少樹(shù)脂對(duì)金屬表面的粘附。正是由于吸附在金屬表面的螯合劑，阻止樹(shù)脂的吸留，當(dāng)存在高的Ca2+和適當(dāng)溫度條件下，紙漿的pH值自堿性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行曰蛩嵝詴r(shí)，紙漿中樹(shù)脂粒子會(huì)變得富有粘性和易于吸附。其次把螯合劑當(dāng)成穩(wěn)定劑加入APMP漿中，在H2O2漂白時(shí)螯合金屬離子，噸漿耗0.15 kg，漂白白度提高2%。實(shí)驗(yàn)證明，加入螯合劑EDTA，漂白時(shí)間60 min，白度可提高2%。在廢紙脫墨工藝中的使用：按每噸折干漿廢紙的重量計(jì)算，螯合劑用量1.5-2.0 kg，在碎漿機(jī)內(nèi)脫墨藥劑同時(shí)加入，碎漿完成前5 min投放雙氧水，洗滌后白度提高4%-5%。金屬螯合劑具有無(wú)味、無(wú)刺激、安全無(wú)毒的特性，而且加入量少，可降低成本，同時(shí)生產(chǎn)出的紙張白度有所增加。
另外，CDTA(環(huán)己二胺四乙酸)作為一種新型的螯合劑，有比EDTA、DTPA更好的螯合能力。而且將CDTA用于纖維素紙漿中來(lái)去除過(guò)渡金屬離子，得到了很好的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)CDTA處理的纖維素紙漿，過(guò)渡金屬離子濃度大大降低，其中Fe和Mn減少50%，Cu減少70%。
結(jié)語(yǔ)
總之，螯合劑在分析、印染、化工、食品、皮革、廢水處理等方面都有著廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，必將出現(xiàn)螯合能力更強(qiáng)、性能更好的新型螯合劑。
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