文献综述

1.1丁二酸和活性炭的性质与用途

（1）丁二酸

丁二酸又称琥珀酸。分子式HOOCCH2CH2COOH。丁二酸为无色结晶；相对密度1.572(25/4℃)，熔点188℃，在235℃时分解；在减压下蒸馏可升华；能溶于水，微溶于乙醇、乙醚和丙酮中。 丁二酸广泛存在于多种植物及人和动物的组织中，例如未成熟的葡萄、甜菜和大黄，人的血液和肌肉，牛的脑、脾、甲状腺等。丁二酸是微生物TCA循环的中间产物，因此有多种微生物可发酵制备丁二酸。

工业上，丁二酸常由来自化石原料的顺酐通过电化学方法制备，体系较为纯净。而生物法制备丁二酸与化学法制备丁二酸相比，其体系中不可避免地会引入或产生大量色素，有研究表明这些显色化合物多属于苯醌类化合物[1]、含氮聚合物[2]或醛酮缩合物[3]，这些化合物种类繁杂，其分子量范围从数百直至十万[2]。因此无论采用何种分离方法都需要经过脱色才能得到合格的丁二酸产品。

（2）活性炭在脱色中的应用

活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。活性炭的主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。在此活化过程中，巨大的表面积和复杂的孔隙结构逐渐形成，而所谓的吸附过程正是在这些孔隙中和表面上进行的，活性炭中孔隙的大小对吸附质有选择吸附的作用，这是由于大分子不能进入比它孔隙小的活性炭孔径内的缘故。

活性炭被广泛应用于生活用水、工业用水和废水的深度净化及气相吸附，如石油化工、电厂、食品饮料、制糖制酒、医药、养鱼等行业水质净化处理，能有效吸附水中的游离氯、酚、硫和其它有机污染物，特别是致突变物（THM）的前驱物质，达到过滤除杂去异味。还可用于车间尾气净化、溶剂过滤、脱色、提纯等，气体脱硫、石油催化重整，气体分离、变压吸附、空气干燥、食品保鲜、防毒面具、解媒载体，有机溶剂回收；贵重金属提炼；化学工业中的催化剂及催化剂载体等功能。

粉末活性炭是目前使用最广泛的脱色吸附剂，具有多孔、堆积密度低，比表面积大的特点，已经成功应用于丁二酸、乳酸、柠檬酸等多种有机酸发酵液的脱色处理[4-6]。但采用粉末活性炭吸附脱色目前仍存在以下问题亟待解决：（1）活性炭脱色的pH多在酸性范围[4,6]，易对下游设备造成腐蚀，并导致下游浓缩过程中产生的酸性废水难以回收；（2）人工间歇操作居多，处理周期长，不适合大规模和连续化提取的需求；（3）粉末活性炭虽然吸附性能优异，但再生困难，导致分离成本高，并产生大量固体废渣和粉尘污染。

颗粒活性炭是以果核壳为原料，形成的一种孔径大小以中孔为主的固体颗粒吸附材料，由于具有较大的比表面积，因此具有吸附量大、易再生、抗污染性能强、对液体的流通阻力小和不易流失等优点[8]。大孔树脂是另一类脱色效力与活性炭相当的吸附剂，对某些具有极性基团或携带电荷的色素具有良好的选择性，树脂的物理化学稳定，机械强度好，易于再生[9]，在多糖、有机酸、氨基酸脱色过程中得到成功应用[10~12]。