[发明专利]用于从污染的环境中去除元素的含巯基化合物及其使用方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请序列号No.61/246,278、61/246,282和61/246,360的优先权，以上三者均提交于2009年9月28日，其全部公开内容都以全文并入本文。

技术领域

本发明涉及用于共价结合广泛的金属和主族元素的化合物，以及更特别地涉及含硫配体以及利用这些含硫配体从固体、液体和气体中去除污染物的应用。

背景技术

重金属和主族元素污染是现存并不断增长的全球性问题。在过去的几十年中，联邦政府和州政府已制定环保法规以保护地表水和地下水的质量不受污染。为应对这些法规要求，已开发许多产品从地表水、地下水和土壤中沉淀污染物。在美国专利No.6,586,600中详细说明用于从水和土壤中沉淀金属的组合物和方法的例子，其全部公开内容通过参考并入本文。

有许多种工业和环境情境，在其中能结合金属和主族元素的配体可用于整治目的。例如，由废物处理设施流出的废水、氯碱工业、金属加工工业和某些市政垃圾填埋场经常出现污染物问题。类似地，从运转的和废弃的矿井流出的水中的金属成分是拥有采矿重工业的地区的突出环境问题。位于近天然气泵站区域的土壤和地表水经受类似的金属污染问题。从燃煤发电厂排放的以及生活和医疗废物焚烧排放的气体含有汞。因此，需要能够结合并从气体、水溶液和非水溶液及固体基质中去除金属和主族元素的配体。

本领域中已知使用含硫化合物来结合重金属。例如，是一种用于从水中沉淀二价重金属的化学试剂。该产品是一种硫代碳酸钠(含或不含钾)、硫化物和其他硫化合物组成的复杂水溶液。通过形成金属硫化物(即Cus、HgS、PbS和ZnS)而非金属硫代碳酸盐，最终从水溶液中去除铜、汞、铅和锌。二烷基二硫代氨基甲酸钠或钾(例如)，也广泛应用于金属沉淀。然而，大多数目前商业应用的试剂在与重金属形成稳定共价键方面能力有限，这是整治应用的主要关注点。缺乏足够的或金属特异性的结合位点的试剂可能产生随时间推移和在某些pH条件下不稳定的金属沉淀物。这些不稳定的沉淀物可将结合的金属释放回环境中，从而成为不能令人满意的解决或整治试剂。此外，这些试剂可形成简单金属硫化物，该硫化物能够被细菌甲基化(在汞的情形中，形成水溶性阳离子，MeHg⁺)。因此，需要一种配体，不仅结合金属和主族元素，而且以下述方式与这些元素结合，即形成稳定且不溶的在广泛环境条件和长时间内保留污染元素的沉淀。

同样，已知使用多种螯合剂来进行金属螯合治疗。现今很多研究反映了汞和其他有毒重金属污染日益增长。现在证明用于处理重金属有毒物质如汞类有毒物质的结合剂的例子是二巯基丙磺酸盐(dimercaptopropanesulfonate，DMPS)和二巯基丁二酸(dimercaptosuccinic acid，DMSA)，这两种化合物在二战中用于对抗重金属的工业暴露。传统化合物如DMPS和DMSA，虽然经常称为“螯合剂”，但在化学意义上并非真正的螯合剂。因为在相邻碳原子上的硫之间没有足够的空间允许大金属原子与两个硫同时结合，而这是真正螯合剂的要求。而是，DMPS和DMSA与金属形成夹心复合物，其中比如两个结合剂分子与单个汞原子结合。和真正的螯合物在巯基(-SH)和Hg²⁺之间形成两个键相比，上述情况提供较弱的连接。另外，基于它们带负电荷的性质，结合剂如DMSA、DMPS和EDTA对所有金属离子(包括必需金属Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺等)具有非特异性吸引。这些结合剂从体内随尿液快速排出可具有消耗体内必需金属的不利作用。在被称为“螯合治疗”的过程中，带电的结合化合物消耗必需金属导致死亡的发生，因此这一治疗必须由经验丰富的医生完成。

重金属如汞通常是脂溶性的或者可以M^2-形式借助天然二价金属离子载体(如，针对Ca²⁺、Mg²⁺)穿越细胞膜，并可因此在细胞内富集，并且更多地在脂肪性或含脂肪组织中或者在其他富含脂质成分的组织(包括但不限于中枢神经系统)中富集。事实上，汞和其他重金属优先分配进并富集于哺乳动物、鱼等的疏水区域，例如脂肪组织、细胞膜、细胞内部的含脂质区域等。