[发明专利]一种小分子γ-聚谷氨酸或其Na+形式γ-聚谷氨酸盐的阻垢用途

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种新型阻垢剂小分子γ-聚谷氨酸或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐的制备，以及其在阻止Ca²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺等金属离子在物体表面形成垢中的用途。

背景技术

目前，水垢的广泛存在给人们的生产生活带来严重危害。工业上，水垢的存在会造成浪费燃料、影响设备安全运行、破坏水循环和缩短设备寿命等问题。日常生活中，水垢中存在大量重金属，水加热后部分重金属会重新溶入水中，当人们长期饮用这些含有重金属的水后，就有可能引起人体消化、神经、呼吸和造血系统的病变和功能障碍。针对水垢对人类造成的危害，人们研究出了很多阻垢产品，目前国内外工业水处理所用的阻垢剂有聚丙烯酸类，丙烯酸-丙烯酸酯共聚物，丙烯酸-马来酸酐-磺酸盐共聚物及含磷丙烯酸-马来酸共聚物等几大类。但以上几类阻垢剂均为石化产品，近期的科学研究已经证实，当这些阻垢剂在用于工业水处理系统时，由于聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等羧酸类聚合物在环境中很难被微生物降解，这些非生物降解的水溶性聚合物在排入自然环境后会不断积累，最终对环境造成污染和危害。因此，美国、日本、德国等知名的水处理企业都致力于寻找一种能替代聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的物质，希望这类物质既具有优良的阻垢缓蚀性能，又是可被生物降解的“绿色环保”型水处理化学品。其中，天然高分子聚合物阻垢分散剂——聚天冬氨酸，由于具有良好的可降解性，已逐步成为公认的环保型聚合物阻垢剂的代表。但作为阻垢剂的聚天冬氨酸目前大多通过化学合成即天冬氨酸单体加热缩聚或通过将马来酸酐和氨水聚合得聚琥珀酰亚胺后经NaOH水解而成，这些制备方法工艺过程比较复杂，设备要求比较高。

本发明提出了一种小分子γ-聚谷氨酸或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐具有阻止Ca²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺等金属离子在物体表面形成垢的用途。γ-聚谷氨酸(或其Na+形式γ-聚谷氨酸盐)的聚羧基可以和Ca2+、Mg2+、Ba2+等金属离子结合，使得这些金属离子不易在物体表明形成垢，从而阻止了垢的形成。在阻垢能力上，该小分子γ-聚谷氨酸(或其Na+形式γ-聚谷氨酸盐)具有比大分子γ-聚谷氨酸(或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐)更好的阻垢效果。在阻止相同浓度的金属离子形成垢的实验中，小分子γ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠盐的使用量仅为大分子γ-聚谷氨酸或γ-聚谷氨酸钠盐的10％-20％。与传统阻垢剂相比，本发明中的阻垢剂小分子γ-聚谷氨酸(或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐)具有阻垢性能好、制备简单、可生物降解、水溶性强、对人体和环境无毒害作用等优良特性。

发明内容

本发明涉及一种新型生物可降解型阻垢剂小分子γ-聚谷氨酸(或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐)的制备方法及其阻止Ca²⁺、Mg²⁺和Ba²⁺等金属离子在物体表面形成垢的用途。本发明中使用的γ-聚谷氨酸钠盐是由本实验室筛选出的高产γ-聚谷氨酸菌株——枯草芽孢杆菌(专利申请号：200710038317.4)经生物发酵而得，小分子γ-聚谷氨酸钠盐的制备也是通过控制不同浓度的HCl降解而得到，因此整个制备过程均没有采用到化学合成方法，制备方法更加简单、阻垢性能较好。由于γ-聚谷氨酸(或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐)可以在自然界中降解成肽、氨基酸和有机盐，因此本阻垢剂还具有可生物降解性、绿色、环保、无毒性物质产生。

本发明涉及一种新型生物可降解型阻垢剂小分子γ-聚谷氨酸(或其Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐)的制备方法如下：

1.大分子Na⁺形式γ-聚谷氨酸盐的微生物发酵：

种子培养：接种芽孢杆菌(Bacillus licheniformis ATCC 9945a)菌种到种子培养基，37℃震荡培养数小时。其中种子培养基的成分为：蛋白胨10g/L，酵母膏5g/L，氯化钠5g/L。