活性炭對乳酸的吸附行為，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�；钚蕴靠梢栽谖覀冞@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)陰離子樹脂對微生物無毒，因此可直接用于發(fā)酵罐�；钚蕴烤哂性谒�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(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)的情況下評估乳酸競爭性吸附的效果。

　　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，因此活性炭的長期性能對選擇最經(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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