聚天冬氨酸性能及应用研究进展

姜玉花

（辽宁石化职业技术学院应用化学系，辽宁 锦州 121001）

随着环境保护意识的增强和环境标准的提高，环境友好型化学品的性能和应用研究已成为重要研究课题。聚天冬氨酸（PASP）是一种新型绿色环保型材料[1]，具有无毒、易降解、生物相容性好等特点[2]，已经广泛应用于化学、化工、水处理、医药和卫生等领域[3-6]。本文就PASP的络合性、界面性质、生物降解性、吸水保湿性、生物相容性及其应用进行了综述，并对PASP的发展方向进行了展望。

1 PASP的络合性

PASP分子侧链上含有大量羧基-COOH，其在水溶液中电离出的负离子能够与Ca2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+等离子发生络合反应，因而被广泛用于水处理领域的阻聚剂、重金属离子的脱除剂、肥料的增效剂等。

1.1 PASP用于阻聚剂

PASP分子中带负电的基团能够与水中金属离子形成可溶性络合物，增加成垢化合物溶解能力，从而起到阻垢作用[3]。张玉玲等[7]比较了天冬氨酸-衣康酸共聚物、天冬氨酸-赖氨酸共聚物和PASP对碳酸钙结垢的抑制作用。结果表明，相同实验条件下，天冬氨酸-衣康酸共聚物的阻垢率最高可达90.12%，略优于天冬氨酸-赖氨酸共聚物，明显高于PASP。方钫等[8]合成PASP/邻氨基酚磺酸接枝共聚物，其对CaCO3的阻垢率达到92.7%,而PASP对CaCO3的阻垢率只有77.1%。Pramanik等[9]研究了PASP及其衍生物对于含盐废水和苦咸水淡化所用反渗透膜的防垢效果，结果表明PASP衍生物的阻垢能力高于PASP和商业阻垢剂。

1.2 PASP用于重金属离子的检测

薄膜梯度扩散技术是一种新型的原位被动采样技术，已经广泛应用于水体、土壤和沉积物中的重金属形态分析和生物有效性研究[10-13]。陈宏等以PASP溶液为结合相，以透析膜为扩散相，使用薄膜梯度扩散技术对水和酱油中的重金属离子进行了原位采集测量[14]。覃小红等[15]以多孔PASP类水凝胶为配体吸附铜离子，在碱性条件下，多孔PASP类水凝胶与铜离子络合发生双缩脲反应显色，实现对铜离子的可视化检测。该铜离子检测方法具有操作简单、灵敏度高、可视化、低成本等特点，可用于各种水环境样品中微量铜离子的可视化检测。

1.3 PASP用于重金属离子的脱除

高分子凝胶球脱除重金属具有操作简单、选择性强、吸附容量大、金属脱除率高、凝胶球可重复使用等优点，具有产业化的应用前景，是目前重金属脱除研究的一个重要方面。何蒙[16]用PASP-聚丙烯酸钠-海藻酸钠复合凝胶球作为吸附剂脱除鱿鱼内脏酶解液中的铅，铅的脱除率介于87.64% ～89.10%之间，且酶解液蛋白质损失率不足10%。何蒙等[17]还使用0.05 mol·L-1PASP溶液脱除四角蛤蜊贝肉匀浆液中的镉，在pH = 3，反应时间3 h，料液比为1∶10的脱除条件下，四角蛤蜊贝肉匀浆液中镉的脱除可达89.77%。

1.4 PASP用于肥料增效剂

PASP和肥料配合使用后能够大幅度增加肥料的利用率，提高农作物产量，可用作肥料增效剂。覃小红等研究表明，施用PASP可提高肥料利用率达20%～40%，减少肥料用量20%，可使粮食作物增产10%～15%，经济作物增产20%～35%[18]。冷一欣等[19]研究表明，施用PASP可增加谷物产量5%～30%。

2 PASP的界面性质

PASP是一种表面活性剂，具有吸附、润湿、乳化、增溶、分散等界面性质，常用于缓蚀剂、降黏剂、分散剂等。

2.1 PASP用于缓蚀剂

缓蚀作用机理主要有3种理论：成膜理论、吸附膜理论和电化学理论。PASP的羧基与铜离子、铁离子结合形成螯合物，使PASP在铜或铁物质表面吸附，形成一层保护膜，故PASP所应用到的缓蚀机理主要是吸附膜理论。PASP缓蚀剂克服了市面上现有的有机羧酸类、聚磷酸盐类、有机胺类、咪唑类等缓蚀剂高温易分解等缺点，成为环境友好型缓蚀剂。但PASP在性能上与目前市售的阻垢剂仍有一定的差距，无法在工业水处理中得到广泛的应用，需要开发PASP衍生物来提高综合性能。Migahed等[20]合成了一种加入甘氨酸的PASP衍生物，此衍生物投加量为250×10-6时的最大缓蚀效率为83.8%，投加量为125×10-6时的阻垢率为90.2%。Gao等[21]使用聚琥珀酰亚胺、2-氨基乙磺酸和天冬氨酸合成PASP衍生物，此PASP衍生物对海水中A3钢具有较好的缓蚀率，并具有优良的阻垢性能，投加量为14 mg·L-1时阻垢率可达到100%。

2.2 PASP用于降黏剂

聚合物降黏剂是目前钻井液降黏剂的一个发展趋势。PASP在黏土颗粒表面上有较大的吸附量，可降低钻井液的黏度，从而起到较好的降粘效果。韶晖等[22]研究表明，PASP具有较好的降黏效果和抗盐、抗钙能力。

2.3 PASP用于分散剂

PASP可用作水煤浆的分散剂，宋瑛等[23]以L-天冬氨酸为原料，在磷酸催化下合成了PASP，重均相对分子质量为15 130的PASP加入量为0.4%时，水煤浆的体积分数可达到70%，是一种高效水煤浆分散剂。

3 PASP的生物降解性

PASP的分子间通过肽键连接，与蛋白质的连接方式类似，因其结构主链上的肽键易受微生物、真菌等作用而断裂，这就意味着PASP会有类似于蛋白质的生物降解性。Tomida 等[24]报道PASP水凝胶28 d可降解50%。崔科等[25]研究表明，PASP的生物降解率可达到100%。王大勇等[26]的研究表明，PASP不能完全被微生物所利用。虽然对于PASP是否能100%降解还存在一定争议，有待进一步研究，但PASP无疑是易生物降解的高聚物。

4 PASP的吸水保湿性

PASP很容易潮解，有很强的吸水性，并能保持水分，可用作吸水材料应用于卫生领域的女性卫生巾和婴儿纸尿裤，用作保湿剂应用于化妆品和食品保鲜等。

4.1 PASP用作吸水材料

PASP作能够与交联剂反应合成对环境不产生任何污染的超强吸水剂。赵俭波等[27]开发PASP-聚丙烯酸互穿网络水凝胶,其保水性能远高于聚丙烯酸水凝胶。Wei等[28]开发了高吸水率的PASP水凝胶（300～350 g 水/g 凝胶），并将其应用于大青山国家自然保护区文冠果幼苗的移植，移植实验表明，文冠果幼苗的存活率和幼苗叶片水分体积分数分别提高了8%～12%和4%～16%。沈贤德等[29]将改性PASP与四甲基乙二胺交联制备PASP凝胶，吸水率可高达600倍。但由于价格和生产技术的问题，推广应用仍有一定的局限性。

4.2 PASP作为保鲜剂

PASP的吸水保湿性可被应用于鲜花和水产品的保鲜。姜希文[30]发明了一种以PASP同源多肽和1-甲基环丙烯为主要成分的鲜切花保鲜剂，克服了现有保鲜剂生理毒性高，易对环境造成污染等缺点，具有保鲜效果好、无污染等特点，可有效延长鲜切花的保鲜期。励建荣等[31]研究了以PASP、植酸和海藻酸钠为主要成分的鱿鱼保鲜剂，使用该保鲜剂的生鲜鱿鱼鱼肉的保鲜期可达10～15 d，方便鱿鱼肉的运输流通。

5 结束语

本文以PASP性能分类为主线综述了其在诸多领域的应用，但实际上PASP的每一个应用都不是单一性能独立作用的结果，而是多种性能共同作用的结果。如PASP用于鱿鱼的保鲜，就是PASP的吸水保湿性、抗氧化性、杀菌抑菌功能及对辅酶金属离子的螯合能力等共同作用的结果。PASP未来的研究重点应侧重于其衍生物研究，通过寻求新的改性手段，合成更为简单易行的可以实现良好生物性能的PASP衍生物，不断优化PASP衍生物的性能，拓展其应用领域。