活性炭對(duì)乳酸的吸附行為，在這項(xiàng)研究中，乳酸的稀釋濃度(<10克/ L)被活性炭在各種操作條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。乳酸(2-羥基丙酸)由于其在食品，醫(yī)藥，制藥，包裝和紡織等行業(yè)的應(yīng)用，是一種重要的商業(yè)化學(xué)品。在過去的幾十年中，對(duì)乳酸的需求量非常高，特別是在可生物降解的聚合物，即具有取代傳統(tǒng)日用塑料的潛力的聚乳酸(PLA)中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)塑料材料相比，聚乳酸基塑料具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)，如抗拉強(qiáng)度高，剛度高，抗油脂性好。然而，它們要求在一些特性和特征，如粘度，熱穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本需要進(jìn)一步改進(jìn)。通過與其他幾種合成聚合物(例如聚苯乙烯，聚乙烯或聚丙烯)和生物聚合物(例如熱塑性淀粉，橡膠或聚(3-羥基丁酸酯))混合，可以改善PLA的性能，以獲得成本更低且成本更高的新型可生物降解材料耐久性相對(duì)于傳統(tǒng)的的塑料材料。然而，由于其高度親水的結(jié)構(gòu)和缺乏有效的低成本純化技術(shù)，提取，純化和連續(xù)供應(yīng)來自發(fā)酵過程的乳酸作為原料是一個(gè)主要挑戰(zhàn)。

　　乳酸具有手性碳原子，并存在兩種異構(gòu)形式，即L - (+)和D - ( - )。工業(yè)上優(yōu)選的L - (+)乳酸可以通過乙醛的化學(xué)合成或通過發(fā)酵過程來生產(chǎn)，其中后者占全球乳酸生產(chǎn)的約90%。傳統(tǒng)上，乳酸是由純?nèi)樗峋鷮俚娜樗峋�培養(yǎng)物通過均質(zhì)乳酸發(fā)酵過程產(chǎn)生的。幾個(gè)下游加工技術(shù)已經(jīng)被用于回收從發(fā)酵液中乳酸，例如，乳酸鈣結(jié)晶，離子交換，吸附，酯化蒸餾/水解，膜提取和電滲析。在這些技術(shù)中，活性炭吸附適用于具有低濃度的乳酸發(fā)酵液，特別是從混乳酸發(fā)酵。活性炭可以在我們這買到各種官能團(tuán)和載體基質(zhì)，使得吸附過程在各種操作條件下更加靈活。吸附能力和效率受多種因素影響，如吸附劑的性質(zhì)(孔隙率，表面積，粒徑和官能團(tuán))，被吸附物(極性，pK a，分子量，結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)濃度)以及操作條件(接觸時(shí)間，pH值，溫度和攪拌速度)。

　　已經(jīng)研究了活性炭從在室溫下的發(fā)酵液乳酸或有機(jī)酸的吸附。大多數(shù)陰離子樹脂對(duì)微生物無毒，因此可直接用于發(fā)酵罐。活性炭具有在水和廢水處理領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗�具有大的表面積(〜1100米高度多孔的結(jié)構(gòu)2/G)。粒狀活性炭還示出了朝向像乙酸，乳酸和丁酸，因?yàn)樗�的非極性性質(zhì)在不同的pH條件下有機(jī)酸特異性親和力。

　　圖1. 在乳酸吸附到活性炭，RLX425和AMB400中接觸時(shí)間(0-24小時(shí))

　　溫度對(duì)活性炭吸附乳酸的影響

　　溫度的影響(30至80 °C)顯示從模型發(fā)酵肉湯吸收乳酸的一個(gè)有趣的趨勢(shì)(圖 2a )。當(dāng)溫度從30°C升高到80°C時(shí)，活性炭的吸附能力分別下降了〜13%和〜50%。在本研究中測(cè)試的吸附劑中，活性炭是乳酸回收最有效的吸附劑，因?yàn)槠湓诓煌瑴囟确秶�的操作靈活性大。乳酸吸附容量下降約20%，在較高溫度下乳酸吸附的降低主要是由于吸附劑的活性位點(diǎn)和吸附分子之間的弱相互作用。由活性炭和胺基團(tuán)提取的酸顯示出放熱，并且隨著溫度的升高而降低，原因如下：(i)對(duì)吸附分子的吸附親和力降低， (ii)將平衡移向液相， 和(三)促進(jìn)解吸作為反應(yīng)是放熱的性質(zhì)。

　　圖2. (a)溫度(30-80°C)對(duì)本體溶液中4.5 g / L乳酸吸附容量的影響伴隨著初始pH校正和10%(w / v)吸附劑劑量(b)在30-80°C的溫度范圍內(nèi)，在4.5g / L的乳酸濃度下ln K L相對(duì)于1 / T的圖。

　　活性炭吸附乳酸的前景

　　活性炭表現(xiàn)出較高的乳酸去除效率，其適合于大多數(shù)的發(fā)酵過程中，回收的乳酸值。與其它材料相比，熱力學(xué)分析顯示活性炭在30-80°C范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的乳酸吸附。所以，這使得活性炭可以在很寬的工作溫度范圍內(nèi)回收乳酸。另外，需要在存在發(fā)酵液中存在的其他組分(如糖，有機(jī)酸，鹽和氨基酸)的情況下評(píng)估乳酸競(jìng)爭(zhēng)性吸附的效果。

　　目前的研究表明，活性炭是一種好的吸附劑。然而，吸附在吸附劑上的乳酸的量不能作為選擇合適吸附劑的唯一參數(shù)。另外，活性炭的吸附能力經(jīng)過不同的吸附和解吸循環(huán)后可以降低，因此活性炭的長(zhǎng)期性能對(duì)選擇最經(jīng)濟(jì)可行的材料至關(guān)重要。從吸附劑中解吸乳酸是一個(gè)重要的因素，需要作為下游加工策略來考察，但超出了本研究的范圍。

　　除了解吸研究之外，重要的是利用固定床吸附塔放大批量實(shí)驗(yàn)以及分析乳酸吸附穿透曲線，以評(píng)估從發(fā)酵中去除乳酸的最經(jīng)濟(jì)和可行的吸附劑肉湯。通過用有機(jī)溶劑(例如丙酮和甲醇)解吸乳酸，可以達(dá)到> 99%的光學(xué)純度。當(dāng)用HCl，NaOH和NaCl解吸時(shí)，乳酸的光學(xué)純度略有下降。此外，酸的光學(xué)純度將受模型或真實(shí)發(fā)酵液中其他成分的存在的影響。污染可以通過過濾或酸/堿處理來降低。因此，進(jìn)一步的研究可以優(yōu)化綜合的或甚至原位從用于發(fā)癬菌發(fā)酵的實(shí)際發(fā)酵液中回收有機(jī)酸。

　　活性炭成功地應(yīng)用于從模型發(fā)酵液中分離乳酸，pH值高于和低于pK a(3.86)乳酸值。溫度實(shí)驗(yàn)表明，溫度從30°C升高到80°C，活性炭的乳酸回收率有所下降。從熱力學(xué)分析，乳酸吸附到吸附劑表明活性炭可以很好的吸附解吸乳酸。

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