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弱碱性树脂分离有机羧酸稀溶液的研究
清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
Jo u rna l o f T singh ua U n ive r sity (Sc i T ech )
10?34
第 6 期 第 34~ 37 页
1998 年 第 38 卷
弱碱性树脂分离有机羧酸稀溶液的研究3
胡徐腾,
焦洁心,
秦 炜,
戴猷元
清华大学 化学工程系, 北京 100084
文 摘 以乳酸稀溶液、乙酸稀溶液和丁二酸稀溶液为分离
对象, 实验测定了三种树脂的吸附等温线, 讨论了吸附平衡 的影响因素。结果表明, 弱碱性树脂D 301G 可以提供较高的 吸附量, 在有机羧酸和水之间具有较好的选择性。 论文还探 讨了乳酸—乙酸体系和乳酸—丁二酸体系分离的可能性。
关键词 弱碱性树酯; 乳酸; 丁二酸; 乙酸
分类号 O 652163
1. 1 实验体系及方法
本实验选用乳酸、乙酸和丁二酸做为吸附质, 进 行对比研究。由于乳酸在高浓度下容易存在多聚体,
使用前先稀释到质量分数 w =
15% 左右, 再加热回
流 12 h , 排除多聚物影响。 乙酸和丁二酸均为分析
纯, 未经进一步纯化。
本实验选用的强碱性树脂 ( 201×4) , 弱碱性树 脂 (D 301G , D 301R ) 及大孔树脂 (D 4020) 均由南开 大学提供, 其特性参数如表 1 所示。 使用前, 各类树 脂先后用w = 2% N aO H 溶液, 2% H C l 溶液, 甲醇 和去离子水洗涤, 再经真空干燥后备用。干燥温度不 超过 60℃。
有机羧酸是重要的原料, 在化工、染料、食品及
医药等领域有着广泛的应用。 发酵法是生产有机羧 酸的重要的制法之一。 它的优势在于原料的利用及 转化率较高1 。 以乳酸为例, 世界上 50% 以上的产
品源于发酵方法。 但乳酸的分离费用一般占整个产 品成本的 50%~ 60% 。 传统的钙盐法流程较长, 操 作不便, 固体废料处理困难。发酵法生产乳酸存在明 显的产物抑制现象, 发酵液中的乳酸浓度过高将直 接影响过程速率。 选择新的有机羧酸产物的分离方
法, 保证在有利于发酵过程的 pH 条件下有效地分 离发酵液中的有机羧酸是十分重要的。近年来, 选用
适当的分离剂(例如络合萃取剂、具有功能团的高分 子树脂等) 在稀溶液中选择分离有机羧酸的研究十 分活跃, 已经成为稀溶液分离技术领域的热门课
题2 ~ 8 。
本文选用弱碱性树脂对乳酸稀溶液及相关的乙 酸稀溶液、丁二酸稀溶液测定了吸附等温线, 并评价 其它类型树脂的吸附性能, 力求探索性能良好的弱 碱性树脂, 为有机羧酸吸附分离的研究打下基础。
1 实验及数据处理方法
表 1 树脂特性参数
粒度 d ?mm 温度 T m ax ?℃
种类
牌号
功能基团
强碱性树脂
弱碱性树脂 弱碱性树脂 大孔吸附树脂3
201×4 —N + (CH 3) 3 01315~ 1. 25 碱 40, 酸 100
—N (CH 3) 2
—N (CH 3) 2
?
016~ 1. 6 盐 40, 酸 100
01315~ 1. 25 盐 40, 酸 100
D 301G
D 301R D 4020
013~ 1. 0
?
3 比表面积A s 为 540~ 580 m 2rg- 1
准确称量干树脂 115 g, 置于 25 mL 锥形瓶内,
加入 15 mL 已知浓度的有机酸溶液后, 放入水浴摇 床充分混合振荡 5 h。 操作温度分别为 25 ℃, 4 0℃
和 60℃。 实验表明, 该接触时间已远远满足吸附平
衡所需时间。 分离湿树脂与溶液。 溶液的有机酸平 衡浓度由酸碱滴定法测定。湿树脂放入砂泸漏斗中,
外置一套管, 在转速 2 000 r?m in 下离心 3 m in , 取 出树脂, 准确称量。
1. 2 实验数据处理
实验数据, 按 K ip lin g 的方法9
计算复合吸附
量 ( com po site up tak e ) 和 组 分 吸 附 量 ( in d iv idu a l
up tak e)。
1) 复合吸附量
收稿日期: 1997201202
第一作者: 男, 1973 年生, 博士研究生
3 国家自然科学基金项目, HYPERLINK / ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
m 0 (w a i - w af )
从图中可明显看出, 对于三种有机酸, 弱碱性树
(1)
Q ca =
m
脂(
的吸附量明显高于强碱性
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