多组分氨基酸溶液的吸附平衡和动力学研究

论文摘要

本研究探讨了L-苯丙氨酸（L-Phe）、L酪氨酸（L-Tyr）和L-色氨酸（L-Trp）三组分溶液在732阳离子交换树脂（简称为732树脂）上的吸附平衡和固定床吸附行为。选用三波长分光光度法作为三组分含量的测定方法,确定了合适的波长组合为：204nm、206nm、208nm、218nm、222nm和230nnm。对L-Phe、L-Tyr和L-Trp三组分吸附平衡过程进行了实验及模型拟合研究。结果表明,在T=30℃和料液的初始pH值处于1.5-4.5之间时,L-Trp、L-Phe和L-Tyr在732树脂上的平衡吸附量均随pH值的降低而降低,且当pH≤2.0即料液中存在过多的H+时平衡吸附量显著下降；在pH=4.0和温度处于30℃-40℃之间时,L-Trp、L-Phe和L-Tyr的平衡吸附量均随温度的升高而降低；L-Trp、L-Phe和L-Tyr的平衡吸附量随着料液中无机盐（NaCl）和有机物（葡萄糖）浓度的升高而降低。采用扩展的Freundlich模型对不同初始pH和温度条件下的平衡实验数据进行拟合,并将温度作为一个变量参数引入方程中,拟合得出含有温度变量的修正的扩展Freundlich模型。在不同的pH和温度条件下,用扩展的Freundlich方程拟合L-Trp、L-Phe和L-Tyr平衡实验数据,所得方程均在α=0.001水平显著,且其平均误差不超过3.3%,最大误差为6.0%。拟合不同温度条件下的三组分平衡数据,得到多组分多温吸附平衡模型（即含有温度变量的吸附平衡模型）：q1=（-0.0002T2+0.0088T+0.61）c1（c1+0.94c2+0.37c3）-0.0001T2+0.0095T-0.74q2=（-0.0009T2+0.050T+0.17）c2（1.1c1+c2+0.39c3）-0.0001T3+0.0091T-0.78q3=（-0.035T2+2.6T-29）c3（3.3c1+3.0c2+c3）0.0005T2-0.037T-0.61其中,下标1、2和3分别表示LPhe、L-Tyr和L-Trp。结果表明,L-Phe、L-Tyr和L-Trp的拟合平均相对误差分别为2.5%、1.7%和3.6%,最大误差为7.9%。固定床吸附实验考察了入口浓度、入口浓度比、床层高度和流速对三组分穿透曲线的影响。实验结果表明,随着入口浓度的增加,三组分的穿透时间均提前,穿透曲线出现明显的顶出峰；由改变组分的浓度比可知,在所研究的三组分系统中,L-Trp是该三组分吸附系统中的强吸附质,L-Tyr次之,而L-Phe最弱；随着入口流速的增加,传质速率增加,三组分的穿透时间提前,不利于弱吸附质的替换作用；随着床层高度的增加,三组分的穿透时间延长,弱吸附质的替换作用增强,树脂的交换容量增大。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 离子交换技术研究进展
• 1.2.1 离子交换法的基本原理
• 1.2.2 离子交换树脂的概念及分类
• 1.3 离子交换法分离氨基酸的研究进展
• 1.3.1 离子交换法分离氨基酸的基本原理
• 1.3.2 离子交换法分离氨基酸的国内外研究现状
• 1.4 离子交换吸附平衡理论
• 1.4.1 液相吸附平衡
• 1.4.2 液相吸附平衡模型
• 1.4.3 氨基酸液相吸附平衡研究进展
• 1.5 氨基酸固定床吸附研究进展
• 1.6 研究内容和意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 第2章 材料与方法
• 2.1 材料试剂与仪器设备
• 2.1.1 材料试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 吸附平衡实验
• 2.2.1 树脂预处理
• 2.2.2 溶液配制
• 2.2.3 初始 pH 值对吸附等温线的影响
• 2.2.4 温度对吸附等温线的影响
• 2.2.5 NaCl 浓度对吸附等温线的影响
• 2.2.6 葡萄糖浓度对吸附等温线的影响
• 2.3 三组分固定床吸附实验
• 2.3.1 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 2.3.2 L-Trp 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 2.3.3 L-Phe 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 2.3.4 L-Tyr 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 2.3.5 床层高度对三组分穿透曲线的影响
• 2.3.6 入口流速对三组分穿透曲线的影响
• 2.4 固定床实验装置图
• 2.5 分析方法
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 多组分吸附平衡研究
• 3.1.1 三波长法试验测定方法的验证
• 3.1.2 料液初始 pH 对吸附等温线的影响
• 3.1.3 温度对吸附等温线的影响
• 3.1.4 氯化钠浓度对三组分平衡吸附量的影响
• 3.1.5 葡萄糖浓度对三组分平衡吸附量的影响
• 3.1.6 同一初始浓度氯化钠或葡萄糖浓度对三组分平衡吸附量的影响36
• 3.2 多组分吸附平衡及模型模拟
• 3.2.1 多组分单温吸附平衡模型的求解
• 3.2.2 不同 pH 条件下多组分单温吸附平衡模型
• 3.2.3 不同温度条件下多组分恒温吸附平衡模型
• 3.2.4 多组分多温吸附平衡模型
• 3.3 小结
• 第4章 固定床离子交换吸附
• 4.1 穿透曲线
• 4.1.2 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 4.1.3 L-Trp 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 4.1.4 L-Phe 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 4.1.5 L-Tyr 入口浓度对三组分穿透曲线的影响
• 4.1.6 入口流速对三组分穿透曲线的影响
• 4.1.7 床层高度对三组分穿透曲线的影响
• 4.2 小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 标准曲线
• 附录 B 扩展的 Freundlich 单温吸附模型的建立
• 附录 C 不同 pH 条件下吸附平衡数据误差分析
• 附录 D 不同温度条件下吸附平衡数据误差分析
• 附录 E 不同温度条件下多组分多温吸附平衡模型的拟合曲线
• 个人简历