螯合劑在化學化工中的應(yīng)用
近年來，隨著科學技術(shù)的日益發(fā)展，人們對環(huán)保意識的不斷增強，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、造紙化學品、紡織化學品、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
重金屬污染問題歷來是人們關(guān)注的焦點。一般來說，溶液中的重金屬較易被穩(wěn)定化。對于一些兩性金屬，如As，Cr，Pd，Zn等，可通過控制其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或天然有機酸等存在，這將給穩(wěn)定化帶來困難，并且，普通的沉淀法所產(chǎn)生的污泥，在pH值改變的情況下會再度溶出，二次污染的可能性非常大。針對這些問題，近期國際上已經(jīng)開始了應(yīng)用有機重金屬捕集劑來去除重金屬的研究。
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(給電子基團)為二硫代磷酸，因活性基團中的硫原子電負性小、半徑較大、易失去電子并易被極化變形產(chǎn)生負電場，故能捕捉陽離子并趨向成鍵，生成難溶于水的二烴基二硫代磷酸鹽。當捕捉劑與某一金屬離子結(jié)合時，均通過其結(jié)構(gòu)中的2個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。
有實驗表明，在原水中Hg2+為197 mg·L- 1，反應(yīng)的攪拌時間為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，去除率已達100%，處理后的Hg2+濃度均低于0.5 mg·L- 1。實驗還表明，在pH1-13范圍內(nèi)，重金屬螯合劑對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廢水達到排放標準，處理重金屬廢水時污泥沉淀快，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. 在無機高效液相色譜中的應(yīng)用
高效液相色譜(HPLC)是有機、生化分析的重要工具，在無機分析方面也發(fā)展迅速。柱前衍生無機HPLC尤其引人注意，已成為一種重要的分離分析手段。它通過金屬離子與螯合劑形成金屬螯合物，將多種金屬離子進行同時分離測定，具有以下優(yōu)點：(1)分離能力優(yōu)良，能使最大吸收波長相近、性質(zhì)相似的金屬螯合物得到分離，同時測定多種元素；(2)靈敏度高，能實現(xiàn)超高靈敏度分析。摩爾吸光系數(shù)達104的螯合劑，有吸光度滿刻度(AUFS)0.01的量程，對原子量為60左右的金屬離子能較容易地達到納克級的高靈敏度；(3)效率高，一般只需10 - 20min即可分離測定。氨羧類螯合劑是分析化學中應(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，所用流動相為乙腈-水體系，檢測波長為254 nm。這類試劑在HPLC上的應(yīng)用尚未完全開發(fā)，如果能提高靈敏度，這類試劑在多元素同時測定上將有廣泛的應(yīng)用。
3. 作為掩蔽劑在分析化學中的應(yīng)用
在分析化學中，干擾離子會影響分析結(jié)果的準確性，如何消除其它離子的干擾，提高分析結(jié)果的準確度，除了發(fā)展高選擇性的試劑外，掩蔽劑的使用也是一個很重要的途徑。在分析化學中的所謂“掩蔽”，是指離子或分子無須進行分離而僅經(jīng)過一定的化學反應(yīng)(通常是形成配合物)即可不再干擾分析反應(yīng)過程。
掩蔽離子反應(yīng)的主要類型有：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重要滴定劑。氨羧螯合劑大多數(shù)具有與EDTA相類似的性質(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)著六個磷酸酯基團- OPO(OH)2，這一獨特的結(jié)構(gòu)賦予它比較強的配合能力，這一點在它的許多應(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)出來了。試驗表明，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，可以用植酸掩蔽Fe3+、Al3+、Sn4+、Ti4+、Th4+、La3+和Ce3+。應(yīng)用本法測定錫青銅、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。
4. 在印染工業(yè)中的應(yīng)用
在紡織化學品加工過程中，處理液中或多或少都存在一些陽離子，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+等，這些陽離子有時對加工過程產(chǎn)生不利影響，當產(chǎn)生消極作用時，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。
無機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影響陽離子染色，比如：Ca2+、Mg2+等金屬離子會與染料陽離子相互爭奪纖維上的染座，從而降低了染色速度。此外Fe3+、Cu2+等對染色物的色光也有影響，加入適當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控制樹脂障礙，把螯合劑加入磨木機使用水中，每噸漿使用1.14-2.27 kg，在磨漿提高白度的同時，還有控制樹脂的效果，減少樹脂對金屬表面的粘附。正是由于吸附在金屬表面的螯合劑，阻止樹脂的吸留，當存在高的Ca2+和適當溫度條件下，紙漿的pH值自堿性轉(zhuǎn)變?yōu)橹行曰蛩嵝詴r，紙漿中樹脂粒子會變得富有粘性和易于吸附。其次把螯合劑當成穩(wěn)定劑加入APMP漿中，在H2O2漂白時螯合金屬離子，噸漿耗0.15 kg，漂白白度提高2%。實驗證明，加入螯合劑EDTA，漂白時間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算，螯合劑用量1.5-2.0 kg，在碎漿機內(nèi)脫墨藥劑同時加入，碎漿完成前5 min投放雙氧水，洗滌后白度提高4%-5%。金屬螯合劑具有無味、無刺激、安全無毒的特性，而且加入量少，可降低成本，同時生產(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去除過渡金屬離子，得到了很好的效果。試驗結(jié)果表明，經(jīng)CDTA處理的纖維素紙漿，過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
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、性能更好的新型螯合劑。
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