CN111574391A - 一种谷氨酸螯合剂的制备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新的谷氨酸螯合剂，具有较高的螯合能力及较好的生物降解性。谷氨酸具有两个羧基，同时又具有活性基团氨基，马来酸酐中碳氧双键可以与谷氨酸钠中的氨基反应，形成氨基多羧酸结构，在结构方面不同于EDTA，其中间连接基团为酰胺基而不是EDTA的烷基胺，酰胺结构具有更好的生物降解性。该谷氨酸螯合剂溶于水后，三个羧基的结构为其提供良好的螯合能力，能更好地结合金属离子，可在日用洗涤、水处理、纺织、造纸、农业、医药等领域有着广泛的应用。

Description

一种谷氨酸螯合剂的制备及应用

技术领域

本发明涉及谷氨酸螯合剂，还涉及所述螯合剂制备方法及其应用。

背景技术

金属原子或离子与含有两个或两个以上配位原子的配位体作用，生成具有环状结构的螯合物。能生成螯合物的这种配体物质叫螯合剂。螯合剂与金属离子结合后具有特殊的稳定性，将少量的螯合剂加到需要的体系中，就可以有效结合体系中的金属离子，减小金属离子的浓度使其达到工艺要求。在日用洗涤、水处理、纺织、造纸、农业、医药等领域有着广泛的应用。

常用的螯合剂主要有磷酸盐、羟基酸、氨基酸以及羧酸类聚合物。磷酸盐主要是三聚磷酸钠（STPP），但由于磷的排放造成环境的富营养化形成污染，各国也出台相关法规限制含磷的化学品的使用，故磷酸盐螯合剂正渐渐淡出市场。羟基酸主要有葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠等，虽然绿色环保，但螯合效果一般，故并没有大量使用。氨基酸类螯合剂螯合效果较好，乙二胺四乙酸（EDTA）可以络合多种金属离子，与多种金属离子形成1:1化合物，螯合性能良好，然而EDTA生物降解性受到质疑，对环境不太友好。氮川三乙酸（NTA）生成的螯合物稳定，价格有优势，但浓度过高会致癌；二乙烯三胺五乙酸（DTPA）可能对人体及胎儿有害。

螯合效果好、绿色、环保的螯合剂越来越受到重视，市场需求量也越来越大。

本发明提供一种新的谷氨酸螯合剂，具有较高的螯合能力及较好的生物降解性，改进上述螯合剂存在的缺点，为新的绿色环保型螯合剂。谷氨酸具有两个羧基，同时又具有活性基团氨基，马来酸酐中碳氧双键可以与谷氨酸钠中的氨基反应，形成氨基多羧酸结构，在结构方面不同于EDTA，其中间连接基团为酰胺基而不是EDTA的烷基胺，酰胺结构具有更好的生物降解性。该谷氨酸螯合剂溶于水后，三个羧基的结构为其提供良好的螯合能力，能更好地结合金属离子，可在日用洗涤、水处理、纺织、造纸、农业、医药等领域有着广泛的应用。

发明内容

本发明的目的提供一种新的谷氨酸螯合剂及其制备方法和应用

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种谷氨酸螯合剂，其结构式为：

所述谷氨酸螯合剂为谷氨酸钠与马来酸酐通过反应合成得到。

本发明提供了上述谷氨酸螯合剂的制备方法

将一定量的马来酸酐溶于有机溶剂中，充分搅拌均匀。在一定的温度下，加入谷氨酸钠，充分反应，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

上述有机溶剂通常为丙酮、1,4-二氧六环。

上述马来酸酐与谷氨酸钠摩尔比例为1-1.1:1

上述反应温度为20-55℃

上述反应时间为4-6h

本发明所述的谷氨酸螯合剂，可以与其他的聚羧酸类螯合剂复配使用，达到更好的效果。

本发明所述的谷氨酸螯合剂，可以应用于洗涤剂、水处理剂、缓蚀剂、阻垢剂、电镀行业、医药行业、染色过程、催化合成、提取分离，使用量为1-5%。

本发明的有益效果：

本发明提及的谷氨酸螯合剂，是由谷氨酸钠与马来酸酐反应得到，谷氨酸钠原料丰富、绿色环保，与马来酸酐反应得到的螯合剂符合可持续发展的理念及趋势。制备得到的谷氨酸螯合剂具有2个羧基基团与1个羧酸钠基团，结构稳定，具有良好的水溶性，与金属离子能更好地结合，是绿色环保型螯合剂，同时该螯合剂应用行业广泛，具有实用推广价值。通过本方法制备螯合剂条件温和，后续提纯分离工序简单，适合大规模生产。

具体实施方法：

下面对本发明的实施例做详细的说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中未注明具体条件的实验方案，通常按照常规条件或者制造商所建议的条件实施。

谷氨酸螯合剂制备的实施例与对比例

实施例1

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下称取摩尔比为1:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于1,4-二氧六环中，充分搅拌，控制反应温度为40℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应4h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

实施例2

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下：

称取摩尔比为1.02:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于丙酮中，充分搅拌，控制反应温度为20℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应5h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

实施例3

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下：

称取摩尔比为1.04:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于1,4-二氧六环中，充分搅拌，控制反应温度为55℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应6h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

实施例4

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下：

称取摩尔比为1.06:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于丙酮中，充分搅拌，控制反应温度为50℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应4h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

实施例5

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下：

称取摩尔比为1.08:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于1,4-二氧六环中，充分搅拌，控制反应温度为30℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应6h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

实施例6

一种谷氨酸螯合剂，其具体制备过程如下：

称取摩尔比为1.1:1的马来酸酐与谷氨酸钠，将马来酸酐溶于溶于丙酮中，充分搅拌，控制反应温度为35℃，然后在反应液中加入谷氨酸钠，反应4h，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

对比例：

市场相关的螯合剂药剂：谷氨酸二乙酸、甲基甘氨酸二乙酸、柠檬酸、氮川三乙酸

谷氨酸螯合剂应用实施例、对比例

应用实施例1—洗涤剂中的应用

配制洗涤剂配方：

十二烷基苯磺酸钠 1.5%

水：97.6%

实施例1螯合剂：0.9%

在2000ml烧杯中加入清洗液1200ml，25°C下，将10cm见方白布展开浸入洗涤液中，浸泡30分钟后取出，用自来水冲洗。晾干。

应用对比例1—洗涤剂中的应用

配制洗涤剂配方：

十二烷基苯磺酸钠 1.5%

水：97.6%

谷氨酸二乙酸螯合剂：0.9%

在2000ml烧杯中加入清洗液1200ml，25°C下，将10cm见方白布展开浸入洗涤液中，浸泡30分钟后取出，用自来水冲洗。晾干。

应用实施例2—阻垢剂

配制本发明实施例2螯合剂浓度为6 mg/L试液，参照国标GB/T16632—2008评定螯合剂阻垢性能结果

应用对比例2—阻垢剂

配制

应用实施例3—缓蚀剂

配制本发明实施例3螯合剂浓度为30mg/L试液，参照国标GB/T18175—2014评定螯合剂对A3 碳钢的缓蚀效果

应用对比例3—缓蚀剂

配制甲基甘氨酸二乙酸螯合剂浓度为30mg/L试液，参照国标GB/T18175—2014评定螯合剂对A3 碳钢的缓蚀效果

性能测试方法

1、螯合剂螯合能力的测定

分别配制相同浓度的谷氨酸螯合剂溶液与氯化钙溶液。分别配制总体积相同、总摩尔数相同、摩尔比不同的谷氨酸螯合剂与氯化钙的混合溶液，保持溶液总体积为10 mL，谷氨酸螯合剂与氯化钙摩尔比分别为9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9，在紫外可见分光光度计上测定混合溶液在最大吸收峰处（W₂）的总的吸光度值A_S,通过2条标准曲线算出各组分的浓度值。通过螯合物的浓度值的大小确定谷氨酸螯合剂与钙离子的络合配位比。通过螯合剂与钙离子的配位比与各组分浓度算出螯合剂对钙离子的络合稳定常数，稳定常数越高，则螯合能力越好。

2、应用性能测试方法

洗涤剂中钙离子去除率的测定方法：将洗过晾干的方布浸泡在含有 10 mL 浓 HNO3和10 mL 浓 H2SO4的 100 mL 溶液中，1 h后用EDTA标准溶液对浸泡液进行滴定，测得钙离子浓度 (以CaCO3的量计)，即为之前织物上钙离子的残留量。对照组清洗后的白布残留量标记为M₀，试验组清洗后的白布残留量标记为Ms，钙离子去除率为Q，则：Q=(M₀-Ms)/M_0，钙离子去除率越高，则螯合剂在洗涤剂中螯合应用性能越好；

阻垢性能的测试方法：参照国标GB/T16632—2008评定螯合剂阻垢性能结果

缓蚀性能的测试方法：参照国标GB/T18175—2014评定螯合剂对A3 碳钢的缓蚀效果

测试结果：

1、螯合剂对钙离子的络合稳定常数测试结果如下表所示：

2、应用性能测试数据

洗涤剂中钙离子去除率测试结果：

阻垢性能测试结果：

缓蚀性能测试结果：

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种谷氨酸螯合剂的制备及应用，其特征在于，该螯合剂是以马来酸酐和谷氨酸以酰胺键连接反应生成的螯合剂；

该螯合剂的制备方法为：将一定量的马来酸酐溶于有机溶剂中，充分搅拌均匀，在一定的温度下，加入谷氨酸钠，充分反应，得到粗产品，可以直接使用，或者过滤后用无水乙醇洗涤后得到高纯度样品。

2.如权利要求1所述的一种谷氨酸螯合剂的制备及应用，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮、1,4-二氧六环。

3.如权利要求1所述的一种谷氨酸螯合剂的制备及应用，其特征在于，所述的马来酸酐与谷氨酸钠摩尔比例为1-1.1:1。

4.如权利要求1所述的一种谷氨酸螯合剂的制备及应用，其特征在于，所述的反应温度为20-55℃。

5.如权利要求1所述的一种谷氨酸螯合剂的制备及应用，其特征在于，所述的反应时间为4-6h。

6.如权利要求1所述的谷氨酸螯合剂，可以与其他的聚羧酸类螯合剂复配使用，达到更好的螯合效果。

7.如权利要求1所述的谷氨酸螯合剂，可以应用于洗涤剂、水处理剂、缓蚀剂、电镀行业、医药行业、纺织染色、催化合成、提取分离。

8.如权利要求1所述的谷氨酸螯合剂，应用时使用量为1-5%。