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金属螯合物的主要种类

一、无机类金属离子螯合剂

聚磷酸盐螯合剂的缺点是它们在高温下会发生水解而分解,使螯合能力减弱或丧失。而且其螯合能力受pH值影响较大,一般只适合在碱性条件下作螯合剂。一般说来这些无机螯合剂对重金属离子特别是铁离子的螯合能力较差。由于以上缺点,使无机螯合剂的用途受到限制,通常只用于对钙、镁离子螯合,所以常作为硬水软化剂。

二、有机类金属离子螯合剂

能与重金属离子起螯合作用的有机化合物很多,如羧酸型、有机多元膦酸等。

(一)羧酸型

在清洗剂中使用的羧酸型螯合剂主要有氨基羧酸类和羟基羧酸类等。

1. 氨基羧酸类

氨基羧酸用作螯合剂的有亚氨基二琥珀酸(IDHA),乙二胺四乙酸(EDTA),二亚乙基三胺五乙酸及其盐等。它们对钙、镁离子均有较强的螯合作用。

亚氨基二琥珀酸(IDHA)是可完全生物降解的螯合剂,是一种新的环保型可替代传统螯合物的螯合剂。IDHA是由亚氨基二琥珀酸是由顺丁烯二酸酐、氢氧化钠和氨在水溶液中反应而得到。

农用IDHA螯合技术由阿道姆公司(ADOB)与拜耳公司(BAYER Ag)共享专利权。2010年,IDHA螯合技术获得了美国总统绿色化学挑战奖,国际权威的环保机构已开始重点推广IDHA螯合产品。IDHA 配合基是一种化合物,与2-价和3-价金属离子生成一种八面体立体结构,国际理论化学和应用化学联合会(IUPAC)将IDHA 螯合物正式命名为D, L 氨基丁二酸N- (1,2dicarboxyethyl)。

IDHA的优势:

(1) IDHA螯合物采用阿道姆专利布雷柏微孔造粒技术

外表美观,水溶性好,无粉尘,混用方便,无结块。

(2) 100%吸收,无残留,速度快

IDHA螯合物和硫酸盐与其他营养成份混合后的稳定性比较

IDHA螯合物、硫酸盐分别与肥料混合后溶于水,硫酸盐溶液发生反应,出现沉淀,而IDHA螯合物仍然比较稳定的存在于混合溶液中,能够更好的被吸收利用。

IDHA-Fe与其他铁盐产品吸收利用率的比较

实验材料:两种铁盐商品和IDHA螯合铁,分别配成含铁0.5%的水培液,进行植物培养,然后,测定叶片中含铁量的变化,多次重复后得出结论。三种处理吸收利用率如右图。实验证明IDHA铁吸收利用率是铁盐的30-40倍。

IDHA螯合物100%被吸收,没有残留,速度快。

IDHA螯合物最后在植物体内转化成氨基酸和营养元素同时被吸收利用,没有残留。

Foliar application 叶面施用

( 3) IDHA螯合物对环境友好,具有独特的降解特性

目前常用的EDTA、DTPA、EDDHA、EDDHMA等螯合剂,因为生物降解能力差,对环境造成严重污染,正在被限制使用,欧盟1999/476/ECL187/52号指令已经禁止在洗涤剂中应用,以后将逐步禁止在其他领域中的使用。

螯合剂IDHA是唯一合成生产并完全可被生物降解的环保产品,以后必将取代其他螯合剂产品。

乙二胺四乙酸(EDTA)分子中含有两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对可与钙离子形成六个配位键组成的K元环如下: 在水中很稳定不易解离。二钠盐水溶液的pH值为4.4,四钠盐水溶液pH值为10.8。应当注意在碱性条件下有些金属离子会形成氢氧化物沉淀析出而不被螯合,例如Fe3+在pH>8的水溶液中会形成Fe(OH)3沉淀而不能用EDTA去螯合Fe3+。所以如果金属离子在pH值较高条件下生成氢氧化物,则不能被螯合,在实用中要注意。

DTPA螯合剂的螯合能力要比EDTA强,但是DTPA的生物降解能力差。

(二)羟基羧酸类

用作螯合剂的这类羧酸主要是柠檬酸(CA)、酒石酸(TA)和葡萄糖酸(GA)。由于这些螯合剂在酸性条件下螯合性能较弱,在洗涤剂配方中通常采用它们的盐作助洗剂。其中葡萄糖酸钠是一种良好的全能螯合剂,对多种金属离子都有很好的螯合能力,而酒石酸钠、柠檬酸钠也能螯合大多数二价和三价金属离子。合适的使用范围是pH=4~8。柠檬酸与铁离子形成的螯合物溶解度低,在水中会形成沉淀,为了增加其溶解度,加入适量铵盐生成柠檬酸单铵与Fe3+、Fe2+离子螯合分别形成溶解度较大的柠檬酸亚铁铵和柠檬酸铁铵,这样就不会在清除铁锈时出现沉淀。

当柠檬酸铵与羟基乙酸并用时,它的螯合能力增加。几种羧酸对铁锈的溶解能力顺序为:柠檬酸铵—羟基乙酸>羟基乙酸>柠檬酸铵。 由于柠檬酸螯合剂适用pH值范围比其他几种羟基羧酸广,使它成为工业生产中使用最多的羟基羧酸螯合剂。

(三)羟氨基羧酸类

这类酸用作螯合剂的典型代表是羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)。

羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)可用于螯合金属,对于大部分常见的金属离子都有很强的鳌合作用。它是1953年才开始使用的新型鳌合剂。它最突出的优点是在碱性溶液中(pH=8-11)中能够与Fe3+形成稳定的鳌合盐,亦能与稀土金属形成稳定的鳌合物。因此,除了在分析化学上的用途外,逐渐应用于纺织、农业(杀虫剂,碱性土壤中可用做铁肥的HEDTA-Fe)、医药(用为铁中毒的解毒剂)、皮革、造纸、化妆品、水处理、电镀、化学镀(特别是在镀银方面)等各方面。特别是在稀土提炼和提纯方面具有非常重要的应用。

它们在pH=9的弱碱性条件下可螯合铁离子,但对其他离子螯合能力较差,如二羟乙基甘氨酸不能用螯合钙、镁离子,所以一般可用它们去除铁锈垢而不用它们去除碳酸钙等水垢。羧酸类螯合剂大多有易于生物降解不污染环境,无毒害的优点。 其他羧酸类螯合剂还有1,2,3,令四羧基环戊烷,2—氧乙酸基丙二酸及2—氧乙酸基丁导酸等。

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