LX-02树脂吸附回收香兰素的研究毕业论文
2020-06-14 16:25:22
摘 要
香兰素是一种被人们所广泛使用的香料，常常应用在医药、食品、化工领域，也可用作为食品调味剂。其可从天然的香荚兰种子中获取，也可以通过人工合成的方法获得。
迄今为止国内外对香兰素的需求不断增加，与从天然植物中获取相比，化学合成法制备香兰素有许多有点，所以在目前获得了广泛的关注，木质素法制取香兰素便是其中的一种具有良好发展前景的方式。然而，木质素法得到的香兰素中会有较多的副产物，所以使用树脂进行分离香兰素则成为一种极具潜力的方法，具有高效率、低成本、重复利用率高等特点。
本文研究了LX-02树脂对香兰素吸附特性。主要结论如下：
测定不同温度下香兰素的吸附等温线。Freundlich模型可以更好地拟合香兰素吸附等温线。热力学研究表明，香兰素和丁香醛在LX-02树脂上的吸附是自发放热的物理吸附过程。动力学实验表明，测定了不同温度、浓度下香兰素的吸附动力学，实验结果表明，准二阶模型能够较好地描述香兰素吸附动力学。香兰素在树脂上的传质速率随着温度和浓度升高而增加，且20 min内香兰素即可达到吸附平衡。
探究不同操作条件对香兰素动态吸附过程的影响，温度升高导致香兰素保留时间提前，树脂对香兰素的吸附量降低；浓度升高导致香兰素穿透曲线变陡，树脂对香兰素的吸附量增加；流量增加对香兰素在树脂上的保留体积和吸附量影响不大，但香兰素穿透点提前，穿透曲线变平缓。树脂再生循环性能优良。
关键词： 香兰素 LX-02树脂 吸附 解吸
ABSTRACT
Vanillin is a widely used can be used spices, widely used in food, medicine, chemical industry, can also be used as food flavoring agent. It can be obtained from natural vanilla seeds, either by synthetic.
So far the increasing demand for vanillin at home and abroad, compared with the acquisition from natural plants, chemical synthesis method of preparation of vanillin has many, so in the current access to a wide range of concerns, lignin system to take vanillin Is one of the ways to have a good development prospects. However, lignin obtained vanillin will have more by-products, so the use of resin for the separation of vanillin has become a great potential method, with high efficiency, low cost, high utilization rate. The main results are as follows:
The adsorption isotherms of vanillin at different temperature were determined. The experimental data was well fitted by Freundlich model.Thermodynamics studies showed that the adsorption of vanillin onto resin LX-02 is a spontaneous, exothermic and physical adsorption process. A kinetic analysis revealed that the adsorption process followed pseudo-second-order kinetic model and occurred rapidly. The equilibrium was reached within 20 min and the mass transfer rate of vanillin onto resin LX-02 increased with the increase of temperature and initial concentration.
The effect of various operating conditions on the dynamic adsorption process of vanillin onto resin LX-02 was studied. The retention time of each component and the adsorption capacity of resin decreased with increasing temperature. The concentration profiles become steeper with the increase of feed concentration. The retention time of each component and the adsorption capacity of resin were not effected by feed flow rate. But, the breakthrough point of each component decreased and the breakthrough curves become flat.
Key words: vanillin： LX-02 resin； adsorption； analysis
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 文献综述 1
1.1 香兰素概述 1
1.1.1 香兰素概述 1
1.2 香兰素的生产方法 1
1.2.1 从天然产物中提取香兰素 1
1.2.2 生物合成法制备香兰素 1
1.2.3 化学合成法 2
1.3木质素法制备香兰素优缺点 2
1.4吸附法分离提取香兰素的研究现状 3
1.5检测方法 5
1.6 本课题的研究意义和主要研究内容 6
1.6.1 课题研究意义 6
1.6.2 主要研究内容 6
第二章 香兰素吸附热力学与动力学研究 7
2.1 实验材料与仪器 7
2.1.1 实验试剂与材料 7
2.1.2 实验仪器 7
2.2理论基础 8
2.2.1 吸附等温线模型 8
吸附热力学公式 9
2.2.2 吸附动力学模型 9
2.3 实验内容 9
2.3.1 树脂预处理 9
2.3.2 香兰素动态吸附等温线的测定 10
2.3.3香兰素吸附动力学的测定 10
2.4 结果与讨论 11
2.4.2 香兰素动态吸附等温线的测定 11
2.4.3 香兰素吸附热力学计算 12
2.4.4 香兰素吸附动力学测定 14
2.5 本章小结 15
第三章 香兰素在LX-02树脂上的动态吸/脱附研究 16
3.1 实验材料与仪器 16
3.1.1 实验材料 16
3.1.2 实验器材 16
3.2 实验内容 16
3.2.1 香兰素穿透曲线试验 16
3.3.2 单组分香兰素动态柱解吸试验 17
3.3 结果与讨论 17
3.3.1 香兰素上柱穿透曲线 17
3.3.2 温度对单组分香兰素上柱穿透曲线影响 18
3.3.3 浓度对单组分香兰素穿透曲线的影响 19
3.3.5 香兰素动态解吸过程 21
3.4 树脂再利用 22
3.5 本章小结 23
第四章 结论与展望 24
4.1结论 24
4.2展望 24
参考文献 25
致谢 29
第一章 文献综述
1.1 香兰素概述
1.1.1 香兰素概述
香兰素（vanillin）又称香荚兰素、香草醛，不仅能从香荚兰种子中获得，还可以通过人工合成的方法得到，是一种广泛应用于食品、医药、化工领域的一种芳香族化合物[1,2]。可用作食品调味剂，如蛋糕、巧克力、冷饮、糖果等，也可用于制造L-多巴、甲基多巴等[1]。香兰素化学名称为4-羟基-3-甲氧基苯甲醛，分子式为C8H8O3，外观为白色结晶粉末或针状结晶。在空气中易被氧化，遇光分解，微溶于冷水，溶于热水，极易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。其基本物性参数如表1-1所示。
表1-1 香兰素基本物化参数
组分 | 分子式 | 化学结构式 | 分子量（g/moL） | 密度（g/cm3） | 熔点（℃） | 沸点（℃） | pKa值（25℃） | LogPow | 溶解度 g L-1 |
香兰素 | C8H8O3 |
| 152.15 | 1.056 | 81 | 285 | 7.396 | 1.188 | 9 |
1.2 香兰素的生产方法
目前，文献中所报道的香兰素的生产方法主要有：从天然产物中提取[3]、生物合成法[4]、化学合成法[5]。
1.2.1 从天然产物中提取香兰素
目前文献报道，主要是采用提取法从热带植物香豆荚中获取香兰素。该法具有产品质量好，无污染等特点，以至于该法生产的香兰素价格及其昂贵（4000～4500 $/kg）[6]。但，由于种植香豆荚的过程复杂，劳动强度大，且受气候地域因素影响较大，使其无法大规模种植。天然香兰素只占香兰素市场总份额的1%。
1.2.2 生物合成法制备香兰素
生物合成法又可分为微生物转化法、植物细胞培养法。Muheim等人通过发酵阿魏酸生产香兰素[7]。但这些方法仍处于实验室阶段，鲜有商业报道。
1.2.3 化学合成法
化学合成法是目前生产香兰素最主要的方法。香兰素化学合成制备方法如图1-1所示[8,9]。亚硝酸法由于劳动强度大，使用有毒溶剂等缺点，目前已基本被淘汰。对羟基苯甲醛法、对甲酚法虽然操作简单，合成得到的香兰素产品纯度高，然而其原料成本太高的特点，致使该方法不适用于工业上。目前，市场上所销售的香兰素85%是通过乙醛酸路线合成得到，剩余大约15%的香兰素是通过木质素法合成获得[10]。木质素法制备香兰素，其原料主要来源于纸浆废液中的木质素磺酸盐，然后在碱性条件下空气氧化或高温高压下空气直接氧化（木质素磺酸盐先水解成苯氧基原子团，然后再发生氧化），此时得到的料液称为木质素氧化液，最后在酸性条件下水解得到香兰素[11,12]。木质素来源不同，所得到的香兰素产率也不一样。通常，香兰素产率占整个木质素质量的4-20%[13]。
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