金屬螯合劑

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更新時間: 2013-09-18

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金屬螯合劑(metal chelating agent)可以通過螯合劑分子與金屬離子的強結合作用,將金屬離子包合到螯合劑內部,變成穩定的,分子量更大的化合物,從而阻止金屬離子起作用,可以用於解毒,印染,阻垢等方面。

金屬螯合劑 -釋義

  由一個簡單正離子(稱為中心離子)和幾個中性分子或離子(稱為配位體)結合而成的複雜離子叫配離子(又稱絡離子),含有配離子的化合物叫配位化合物。在配合物中中心離子與配位體通過配位鍵結合。配位鍵是一種特殊的共價鍵,通常的共價鍵是由兩個成鍵·原子綳出一個電子形成共同電子對的,而在配位鍵中是由一個原子提供電子對,另一原手提供攀刪道形成的。為了區別把共價鍵用「一」表示,如H·+·H=H:H(H—H),配位鍵奶刪「←」表示,箭頭指向提供空軌道的原子,如Cu+NH3=CuNH3(Cu←NH3)。如果配位體中只有一個配位原子,則中心離子與配位體之間只能形成一個配位鍵。而有些配位體分瑚中含有兩個以上的配位原子而且這兩個原子間相隔著兩至三個其他非配位原子時,:這個硼體就可以與中心離子(或原子)同時形成兩個以上的配位鍵,並形成一個包括兩個配位剿五元或六元環的特殊結構,把這種配合物稱為螯合物。螯合物比一般配合物更穩定。
金屬螯合劑 -性質

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  某些染料(如C. I. 分散紅60,C. I. 分散藍79等)在化學合成過程中帶入鐵、銅、鎂、鈣等離子,造成染料著色時色光發暗等不良影響,除在原染料中設法減少或避免這些離子侵入外,常採用金屬螯合劑將這些離子螯合,使之不影響染料的印染效果。所用的金屬螯合劑有檸檬酸、乙二胺四乙酸(依地酸)等,用量通常為染料量的千分之幾(如金屬含量過高可適當多一些)。除適用於上述幾種分散染料品種外,也可用於對這些金屬離子敏感的其他染料品種。
金屬螯合劑 -類別

一、無機類金屬離子螯合劑

  聚磷酸鹽螯合劑的缺點是它們在高溫下會發生水解而分解,使螯合能力減弱或喪失。而且其螯合能力受pH值影響較大,一般只適合在鹼性條件下作螯合劑。一般說來這些無機螯合劑對重金屬離子特別是鐵離子的螯合能力較差。由於以上缺點,使無機螯合劑的用途受到限制,通常只用於對鈣、鎂離子螯合,所以常作為硬水軟化劑。
二、有機類金屬離子螯合劑

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  能與重金屬離子起螯合作用的有機化合物很多,如羧酸型、有機多元膦酸等。
1.羧酸型

  在清洗劑中使用的羧酸型螯合劑主要有氨基羧酸類和羥基羧酸類等。
  (1)氨基羧酸類 氨基羧酸用作螯合劑的有乙二胺四乙酸(EDTA),氨基三乙酸(又稱次氮基三乙酸NTA),二亞乙基三胺五乙酸及其鹽等。它們對鈣、鎂離子均有較強的螯合作用。從單位質量的三種酸螯合鈣離子的數量看,以NTA螯合最多,EDTA其次,DTPA再次。從實用方面來看NTA與鈣離子形成的螯合物相當穩定且價格又便宜,所以常在洗滌劑中做三聚磷酸鈉的代用品。
  乙二胺四乙酸二鈉鹽分子中含有兩個氮原子和四個氧原子可提供形成配位鍵的電子對可與鈣離子形成六個配位鍵組成的K元環如下: 在水中很穩定不易解離。但由於乙二胺四乙酸價格昂貴, 目前只用在不停車清洗等特殊圬垢清洗中而且常用在水中溶解度較其大的二鈉鹽或四鈉鹽。二鈉鹽水溶液的pH值為4.4,四鈉鹽水溶液pH值為10.8。應當注意在鹼性條件下有些金屬離子會形成氫氧化物沉澱析出而不被螯合,例如Fe3+在pH>8的水溶液中會形成Fe(OH)3沉澱而不能用EDTA去螯合Fe3+。所以如果金屬離子在pH值較高條件下生成氫氧化物,則不能被螯合,在實用中要注意。
  (2)羥基羧酸類 用作螯合劑的這類羧酸主要是檸檬酸(CA)、酒石酸(TA)和葡萄糖酸(GA)。由於這些螯合劑在酸性條件下螯合性能較弱,在洗滌劑配方中通常採用它們的鹽作助洗劑。其中葡萄糖酸鈉是一種良好的全能螯合劑,對多種金屬離子都有很好的螯合能力,而酒石酸鈉、檸檬酸鈉也能螯合大多數二價和三價金屬離子。
  檸檬酸及其鹽在酸性範圍內就有較強的螯合能力,合適的使用範圍是pH=4~8。檸檬酸與鐵離子形成的螯合物溶解度低,在水中會形成沉澱,為了增加其溶解度,加入適量銨鹽生成檸檬酸單銨與Fe3+、Fe2+離子螯合分別形成溶解度較大的檸檬酸亞鐵銨和檸檬酸鐵銨,這樣就不會在清除鐵鏽時出現沉澱。
  當檸檬酸銨與羥基乙酸並用時,它的螯合能力增加。幾種羧酸對鐵鏽的溶解能力順序為:檸檬酸銨—羥基乙酸>羥基乙酸>檸檬酸銨。
  由於檸檬酸螯合劑適用pH值範圍比其他幾種羥基羧酸廣,使它成為工業生產中使用最多的羥基羧酸螯合劑。
  (3)羥氨基羧酸類 這類酸用作螯合劑的典型代表是羥乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二羥乙基甘氨酸(DEG)。
  它們在pH=9的弱鹼性條件下可螯合鐵離子,但對其他離子螯合能力較差,如二羥乙基甘氨酸不能用螯合鈣、鎂離子,所以一般可用它們去除鐵鏽垢而不用它們去除碳酸鈣等水垢。羧酸類螯合劑大多有易於生物降解不污染環境,無毒害的優點。 其他羧酸類螯合劑還有1,2,3,令四羧基環戊烷,2—氧乙酸基丙二酸及2—氧乙酸基丁導酸等。
2.有機多元膦酸

  有機多元膦酸與無機聚磷酸鹽相比有良好的化學穩定性,不易水解,能耐較高溫度。對許多金屬離子如鈣、鎂、銅、鋅都有優異的螯合能力。在工業清洗中常用作阻垢劑,防止水垢的生成。目前已被大量應用。
3.聚羧酸

  有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚馬來酸酐、富馬酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚體。它們含有的聚合陰離子都是金屬離子的優良螯合劑,因此也被用作阻垢劑。
  其中聚丙烯酸及其鈉鹽是目前應用得最廣泛的聚羧酸型阻垢劑。

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