螯合剂种类总结及其在不同pH下的对金属离子的螯合能力比较
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螯合剂的种类及其在不同pH值条件下螯合剂的螯合常数
一、螯合剂与螯合物
具有可供配位孤电子对的分子、原子或离子的化合物能够与具有空轨道的金属离子形成配位键,该化合物称为络合物,如能与配位金属离子形成环状结构的化合物称为螯合剂,形成的络合物称为螯合物。螯合剂中至少含有一对孤电子对,而金属离子必须有空的价电子轨道,孤电子对填充入金属离子空轨道,电子对属2个原子共享,形成配位键,中心金属离子空轨道杂化。不同的提供孤电子对的配位体分别与不同金属离子形成正四面体、正六面体、正八面体的螯合物。
1. 类型
1.1无机类螯合剂
聚磷酸盐螯合剂:
主要是三聚磷酸钠(STPP)、六偏磷酸钠、焦磷酸钠为主,含磷酸基空间配位基团。 特点: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。 1.2有机类螯合剂
形态分析表明螯合剂提取的重金属主要来源于可交换态或酸溶态、还原态和氧化态。 1.21羧酸型
(1)氨基羧酸类: 含羧基和胺(氨基)配位基团,
如乙二胺四乙酸(EDTA,氨基三乙酸(又称次氮基三乙酸NTA,二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)及其盐等。如:EDTA的4个酸和2个胺(—NRR′)的部分都可作为配体的齿,两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对。
特点:络合能力强,络合稳定常数大,耐碱性好,但分散力弱且不易被生物降解。 (2)羟基羧酸类 含羟基、羧基配位基团
这类羧酸主要是柠檬酸(CA、酒石酸(TA和葡萄糖酸(GA。
特点:可生物降解,在酸性条件下羟基与羧基不会离解为氧负离子,因而络合能力很弱,不适宜在酸性介质中应用。 (3)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和二羟乙基甘氨酸
(DEG。特点:大多易于生物降解,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。
1.22有机多元膦酸
羟基亚乙基-1,1-二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP、二乙烯三胺五亚甲基膦酸(HTPMP、三乙烯四胺六亚甲(TETHMP、双(1,6-亚己基三胺五亚甲基膦酸(BNHMTPMP、多氨基多醚基四亚甲基膦酸(PAPEMP。
如:HEDP是一个五元酸,在水中可电离出5个氢离子,电离后形成5个配位氧原子,可以和Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Al3+形成稳定的螯合物。
特点:化学稳定性好,不易水解,能耐较高温度,适合双氧水热漂,虽然在制备过程中涉及甲醛,但如经妥善处理可达标。因为膦酸酯通过亚甲基相连,而C-P的键能为246 kJ/mol,离解能达1 387 kJ/mol,比较牢固,因此很难使单体磷进入水体中造成富营养化。 1.23 聚羧酸
有聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐(HPMA)、富马酸(反丁烯二酸—丙烯磺酸共聚体。它们含有的聚合阴离子都是金属离子的优良螯合剂,因此也被用作阻垢剂。
特点:聚羧酸分子中有大量羧酸存在,羧基氧原子具有形成配位键的能力,具有良好的胶体性能和分散作用,耐碱,但其络合能力较弱,因此须将其进行共聚或改性以改善性能。 1.24含巯基(-SH)的螯合剂
利用巯基中S原子与重金属离子有较强结合性能。
如:含二硫代羧基或二硫代氨基的盐、2-羟甲基-4-巯基苯硫酚制成的钠盐、含—CSS-的螫合剂HMCA、四硫代联氧基甲酸TBA等。(文献1、24、27、28、29、30) 1.2.5席夫碱
又称西弗碱,指的是含亚胺或甲亚胺(-RC=N)的一类有机化合物,席夫碱是由胺和活性羰基反应生成,常用于螯合主族和过渡金属元素。
天然高分子材料如淀粉作为载体,与含有氨基的配体反应生成的西弗碱螯合重金属离子后,会形成多配位络合物,固载化了的席夫碱,不仅能使配合物稳定性变强,载体的稳定性也发生了很大的改变。常用于在工农业生产中净化含重金属离子的废水。 1.3天然改性高分子捕集剂
按其来源,可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。重金属捕集剂(又叫重金
属螯合剂)是指含有配位原子如N、S、O、P 等,可以与重金属离子以配位键相连接,生成稳定螯合物的一类化合物。
二、螯合金属种类及螯合能力
1. EDTA(乙二胺四乙酸):对大部分重金属(特别是针对Pb、Cd、Cu、和Zn)都具有很强的络合能力,