【摘 要】
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丁二酸（SA）是一种生物基平台化合物,能替代传统石化资源制备的至少250种化合物,还能合成PBS、PHS等新型生物可降解原料。微生物发酵法是一种很有前景的生产SA的方法,但其发酵液中存在代谢副产物、未耗底物等物质,从发酵液中分离提取SA是关键。离子交换树脂能分离SA,但SA解吸和树脂再生需消耗酸碱溶液。因此,探索新型的能高效分离SA的树脂有一定的科学实践意义。为了能在绿色条件下分离SA和再生树脂,
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丁二酸（SA）是一种生物基平台化合物,能替代传统石化资源制备的至少250种化合物,还能合成PBS、PHS等新型生物可降解原料。微生物发酵法是一种很有前景的生产SA的方法,但其发酵液中存在代谢副产物、未耗底物等物质,从发酵液中分离提取SA是关键。离子交换树脂能分离SA,但SA解吸和树脂再生需消耗酸碱溶液。因此,探索新型的能高效分离SA的树脂有一定的科学实践意义。为了能在绿色条件下分离SA和再生树脂,设计制备了含羟基的新型两性离子交换树脂,研究了该树脂的理化性质并探讨其对SA的吸附分离性能和选择性,建立了色谱模型模拟预测树脂吸附分离的过程,主要工作和结论如下:首先,合成了由苯乙烯（St）、丙烯酸甲酯（MA）和乙酸乙烯酯（VAc）单体经悬浮共聚的前驱体树脂,再经碱性水解、氯甲基化和胺化反应制备了多羟基两性离子交换树脂（SMVA树脂）,分析了树脂的理化性质,通过静态吸附和动态分离实验、以及理论计算,探讨了SMVA树脂对SA的吸附分离性能及选择性。结果表明,SMVA树脂对SA的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程为放热反应且符合Freundlich模型。SMVA树脂表面能量为非均质性,随着SA负载量的增加,树脂表面的（?）H不断减小。脉冲实验中,SMVA树脂能较好地分离SA和AcOH,循环实验中树脂的重复使用性能稳定。SMVA树脂上的羟基和SA、AcOH的羧基间的相互作用能分别为-26.9547k J/mol和-24.7482 k J/mol,属于氢键吸附且树脂上的羟基和SA的羧基间吸附作用更强。其次,合成了由4-乙烯基吡啶（4-VP）或2-乙烯基吡啶（2-VP）、MA和VAc单体经悬浮聚合制备的前驱体树脂,再经碱水解后制备了带有羟基的弱酸弱碱两性离子交换树脂（4-VMVH或2-VMVH树脂）,分析了树脂的理化结构和性质,并通过静态吸附和动态分离实验、以及理论计算,探讨了其对SA的吸附分离性能和作用机制。结果表明,4-VMVH和2-VMVH树脂对SA的吸附过程均符合准二级动力学模型,吸附过程为放热反应,符合Freundlich模型。两种树脂表面能量均为非均质性,随着SA负载量的增加,树脂表面的（?）H减小。4-VMVH树脂固定床层在高径比为15/1的条件下几乎能完全分离SA和AcOH,循环实验中树脂的重复使用性能稳定。4-VMVH树脂上的含氮杂环的N原子和SA、AcOH羧基上的H的相互作用能分别为-40.096 k J/mol和-37.166 k J/mol,前者形成的键角大于后者且键长短于后者,含氮杂环的N原子对SA羧基的作用力强于AcOH。4-VMVH树脂上的羟基的O原子和SA、AcOH羧基的H原子的相互作用能分别为-26.531 k J/mol和-25.094 k J/mol,前者形成的键角大于后者且键长短于后者,树脂的羟基对SA的羧基作用力更强,属于氢键吸附。最后,探讨了SMVA和4-VMVH树脂固定床层中SA和AcOH的动态吸附穿透和脉冲解吸过程,用传质扩散模型（TD模型）进行了模拟预测。结果表明,TD模型能较为准确地预测SMVA和4-VMVH两种树脂固定床层中的吸附穿透和解吸过程。随着SA溶液浓度的增加,SA在树脂床层中的穿透点、饱和点和保留体积都在不断减小;溶液浓度的增加对树脂床层中SA和AcOH的分离影响不明显。随着进料流速的增加,SA和AcOH在树脂床层中的穿透点、饱和点和保留体积都在不断减小;洗脱剂流速增加对4-VMVH树脂固定床中的SA和AcOH的分离影响明显。
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