离子排斥色谱法分离提纯发酵液中的乳酸

论文摘要

乳酸（Lactic Acid）是一种重要的多用途有机酸之一,按其构型及旋光性可分为L-乳酸、D-乳酸、DL-乳酸三类。L-乳酸的聚合物—聚乳酸是一种无毒高分子新材料,在环境中可以自动降解,被产业界认为新世纪最有发展前途的新型材料。目前,国产乳酸95%以上均为DL-乳酸,能生产L-乳酸的厂家不多,而且产品普遍纯度不高。本课题与河南金丹乳酸有限公司合作,致力于发酵L-乳酸后处理工序中乳酸和葡萄糖的分离研究。本课题采用离子排斥色谱来分离乳酸和葡萄糖。鉴于国内市场上有售的离子排斥固定相均为国外进口,工业化成本过高,尝试自己合成离子排斥色谱固定相。在苯乙烯（St）与二乙烯苯（DVB）的共聚中,加入另一种极性单体--甲基丙烯酸甲酯（MMA）,通过苯环的磺化和酯的水解引入磺酸基团和羧酸基团。固定相的本体是St/MMA/DVB三元交联共聚物,共聚物交联结构的不均匀,会降低树脂的使用寿命。通过对St/MMA/DVB三元均匀共聚进行研究,发现MMA对St和DVB的聚合速率都有加速作用,其中对St的加速作用又明显大于对DVB的加速作用,当MMA质量浓度为40.0%时,能明显改善聚苯乙烯型树脂交联不均匀的情况。DVB浓度从6.04%增加到19.20%时,DVB与St、MMA反应速率的差异增加了近1.5倍,即在高交联体系中,树脂交联不均匀的情况会变严重。其次,对固定相多功能基的定量化控制进行研究,通过对St/MMA原料配比、硫酸浓度和氢氧化钠这三个主要因素做四水平的正交实验,发现用同一浓度的硫酸磺化的树脂,磺化程度近似;而且当氢氧化钠大于20%时,树脂的水解程度趋于一恒定值。总结出定量引入两种官能团的规律:在St和MMA的原料配比为1.88X时,应该用95%硫酸磺化;在St和MMA的原料配比为2.04X时,应该用85%硫酸磺化（X为固定相上磺酸基与羧酸基的比）。最后,研究了乳酸和葡萄糖色谱分离工艺。葡萄糖和乳酸的分离度随固定相羧酸基含量增加,先上升后下降,当羧酸基含量小于30%时,两者的分离度都大于1.5,实现完全分离。孔容大的固定相,有利于葡萄糖和乳酸的分离。以盐酸溶液为流动相对葡萄糖和乳酸的分离优于以水为流动相。但考虑到环境效应,实验采用水作流动相。柱温对葡萄糖和乳酸的分离影响很小。当柱温从30℃提高至80℃时,乳酸和葡萄糖分离度的相对偏差小于3%。因为低温有助于延长填料使用寿命,本实验选择30℃为分离柱温。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 乳酸概述
• 1.1.1 乳酸简介
• 1.1.2 理化性质
• 1.1.3 应用领域
• 1.1.4 乳酸的市场需求
• 1.1.5 乳酸的生产工艺
• 1.2 离子排斥色谱概述
• 1.2.1 离子排斥色谱分离原理
• 1.2.2 离子排斥色谱的固定相
• 1.2.3 离子排斥色谱的淋洗液
• 1.2.4 离子排斥色谱的应用
• 1.3 本课题的立题依据和意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 St、MMA、DVB 三元均匀共聚研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料和设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 共聚物的制备
• 2.3.2 总转化率及总反应速率的测定
• 2.3.3 单体转化率及单体聚合速率的测定
• 2.3.4 悬挂双键的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 MMA 浓度对苯乙烯树脂均匀交联的影响
• 2.4.2 DVB 浓度对苯乙烯树脂均匀交联的影响
• 2.4.3 MMA 和DVB 的浓度对体系中悬挂双键的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 固定相多功能基的定量化控制研究
• 3.1 前言
• 3.2 原料和仪器
• 3.3 实验原理
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-二乙烯苯共聚微球的合成
• 3.4.2 树脂的磺化
• 3.4.3 树脂的水解
• 3.4.4 树脂预处理
• 3.4.5 树脂含水量的测定
• 3.4.6 交换容量的测定
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 磺化工艺研究
• 3.5.2 水解工艺研究
• 3.5.3 水解反应对强酸基团的影响
• 3.5.4 定量引入磺酸基团和羧酸基团工艺研究
• 3.5.5 引入官能团后树脂的定性表征
• 3.6 本章小结
• 第四章 乳酸和葡萄糖色谱分离研究
• 4.1 前言
• 4.2 试剂和仪器
• 4.3 乳酸、葡萄糖与离子排斥色谱固定相的作用原理
• 4.4 实验方法
• 4.4.1 装柱
• 4.4.2 孔容V 测定
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.5.1 固定相对葡萄糖、乳酸分离的影响
• 4.5.2 流动相对葡萄糖、乳酸分离的影响
• 4.5.3 色谱条件的确定
• 4.6 本章小结
• 第五章 总论
• 5.1 St、MMA、DVB 三元均匀共聚研究
• 5.2 固定相多功能基团的定量化控制研究
• 5.3 乳酸和葡萄糖的色谱分离研究
• 5.4 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文