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反应萃取法分离发酵液中1,2,4-丁三醇
李敏
学位类型硕士
导师刘会洲 ; 梁向峰李英波
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业化学工程
关键词1 2 4-丁三醇 反应萃取 动力学 热力学
其他摘要

1,2,4-丁三醇是一种重要的平台化合物,在医药、军工和材料等诸多领域具有重要应用。利用微生物转化可再生生物质原料生产1,2,4-丁三醇有望替代传统的石化途径。目前,1,2,4-丁三醇的生物合成及其发酵产量已取得了突破性进展,但相应的高效分离技术及相关理论研究的缺乏依然制约其工业化生产。因此,1,2,4-丁三醇的高效分离技术的开发是推动生物基1,2,4-丁三醇广泛应用的不可或缺的步骤之一。本学位论文针对1,2,4-丁三醇高度亲水和高沸点的特点,利用羟醛缩合反应的高度选择性,提出反应萃取-水解耦合的分离思路,并深入探讨其从发酵液中分离1,2,4-丁三醇的可行性。 缩醛反应是1,2,4-丁三醇反应萃取分离工艺的核心步骤,但1,2,4-丁三醇的缩醛反应尚未见报道。因此,论文首先对1,2,4-丁三醇稀溶液中缩醛反应的热力学和动力学特征进行研究。以正丁醛、正戊醛和正己醛为反应剂,考察了催化剂用量、醛醇比、反应温度等关键因素对1,2,4-丁三醇缩醛反应的影响规律。通过热力学分析表明,该反应为放热反应,常温下可自发进行。利用拟均相动力学模型对动力学数据拟合,模型计算值与实验值吻合良好,表明该模型较好地反映了该缩醛反应过程,反应的表观活化能为51.1-52.3 kJ/mol。此外,利用线性自由能关系定量地分析醛的烷基链长度对缩醛反应的影响。结果表明,缩醛反应的平衡常数和反应速率常数均与醛的极性效应常数(s*)有良好的线性关系。 基于以上热力学及动力学过程中关键因素对缩醛反应的影响规律,进一步通过考察反应剂(萃取剂)、催化剂、相比、反应温度和不同杂质等因素对1,2,4-丁三醇转化率的影响,建立了反应萃取-水解耦合分离发酵液中1,2,4-丁三醇的工艺。该工艺选用正戊醛作为反应剂,同时作为萃取剂,1,2,4-丁三醇和正戊醛反应生成疏水性缩醛,缩醛被萃取进入有机相和发酵液分离,随后将有机相中的缩醛水解生成1,2,4-丁三醇。针对质量浓度为2%的丁三醇发酵液,采用该分离工艺对1,2,4-丁三醇进行回收,回收率为 84%±5%。 综上所述,本学位论文在研究1,2,4-丁三醇缩醛反应的热力学和动力学的基础上,建立了发酵液中的1,2,4-丁三醇反应萃取-水解耦合的分离工艺,实现了从发酵液中高效回收1,2,4-丁三醇。本研究为生物基1,2,4-丁三醇的工业化生产提供了有用的数据和理论基础。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24344
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
李敏. 反应萃取法分离发酵液中1,2,4-丁三醇[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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