短鏈二元醇和羧酸的鹽析萃取研究.pdf

1、鹽析萃取是以無機鹽為鹽析劑，有機溶劑為萃取劑，在兩者的綜合作用下從水相中分離親水性目標產(chǎn)物的分離方法。它作為一種新型萃取技術(shù)，具有成相物質(zhì)廉價且易于回收、粘度低、分相快、易于連續(xù)化操作等優(yōu)點，受到了越來越多的關(guān)注，已廣泛應用于生物基化學品、生物分子和天然產(chǎn)物的分離純化中。然而，鹽析萃取應用范圍的擴大和進一步的工業(yè)化應用需要解決以下難題:1）萃取體系和操作條件的確定;2）萃取設備的選取。為解決上述問題，本文從鹽析萃取體系成相物質(zhì)的選取原則

2、出發(fā)，選擇了具有代表性的乙醇/硫酸銨鹽析萃取體系，繪制了完整的相圖，探究了其成相規(guī)律與萃取動力學，總結(jié)了短鏈二元醇和羧酸在該體系中的分配規(guī)律，最終將鹽析萃取分別應用于丁酸模擬液和1，3-丙二醇發(fā)酵液。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)無機鹽的成相能力與陰、陽離子的吉布斯水合自由能之和成正比，而且與該體系分相時間的快慢相一致，但是與單位質(zhì)量無機鹽的鹽析效果存在明顯的差異。有機溶劑的成相能力與其疏水性強弱成正比。
　　(2)乙醇/硫

3、酸銨鹽析萃取體系的完整相圖包括雙結(jié)點曲線、系線和固液平衡線，從而將整個體系劃分為5個相區(qū):雙結(jié)點曲線以上區(qū)域為液液混溶區(qū);液液平衡區(qū)位于雙結(jié)點曲線和固液平衡線之間，在該區(qū)域內(nèi)可通過條件優(yōu)化獲得最佳萃取實驗點;在雙結(jié)點曲線和固液平衡線以下存在液-液-固和液-固相區(qū)，這些相區(qū)可用于鹽類的回收。對乙醇/硫酸銨鹽析萃取體系成相與萃取動力學的研究表明:分相時間隨系線長度和相界面的增大而縮短。相轉(zhuǎn)換現(xiàn)象發(fā)生在固定的相比條件下，且與系線長度無關(guān)。在相

4、轉(zhuǎn)換點，分相所需時間最短。相連續(xù)性由相比和混合強度共同決定，它對相分離時間會產(chǎn)生輕微的影響。選取丁醇為目標物質(zhì)，在合適的相比條件下，該體系在2分鐘內(nèi)即可達到相平衡和萃取平衡。
　　(3)以乙醇/硫酸銨體系相圖數(shù)據(jù)為基礎，通過對短鏈二元醇和羧酸在不同條件下分配規(guī)律的研究，揭示了這兩類物質(zhì)在鹽析萃取體系中的分配規(guī)律:目標物質(zhì)的分配系數(shù)與體系系線長度和自身疏水性呈線性相關(guān)。此外，溫度和產(chǎn)品濃度的升高有利于萃取效果的提升，這一效應隨產(chǎn)品疏

5、水性的升高而增強。體系pH值對羧酸的分配起主導作用，對二元醇的分配影響不顯著。
　　(4)采用鹽析與鹽析萃取兩步法分離模擬液中的丁酸，總回收率高達99.4％，同時大部分乙酸(88.5％)也得到有效回收。鹽析分離可以獲得高濃度和高選擇性的丁酸濃縮液，但是鹽析效果隨無機鹽加入量和丁酸濃度的降低而降低，因此該方法僅對高濃度的丁酸溶液(≥50g/L)有效。鹽析萃取與鹽析相比，前者具有高丁酸回收率、分相快、易于分離等優(yōu)點，其分離效果隨有機溶

6、劑疏水性的增強而降低，隨系線長度和丁酸濃度的增加而升高，但是對丁酸的選擇性較差。因此，將這兩種技術(shù)相結(jié)合有利于發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)丁酸模擬液中有機酸的高效分離。
　　(5)以鹽析萃取體系成相與萃取動力學為基礎，在填料萃取塔內(nèi)實現(xiàn)了1，3-丙二醇發(fā)酵液的連續(xù)萃取。實驗結(jié)果表明:萃取塔的類型、填料尺寸和分散相流速均會影響1，3-丙二醇的分離效果。最終選取了填料尺寸為Dixon3×3mm的填料塔，在低分散相流速下(1mL/min)，