【摘 要】柠檬酸用途非常广泛，所以世界各国都积极开展对它的研究，得出多种从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法。本文对D201型大孔强碱性阴离子交换树脂从柠檬酸溶液中交换分离柠檬酸的研究。该法是利用特定的有机高分子树脂对柠檬酸盐的高选择性将柠檬酸从发酵液中提取出来。

　　【关键词】D201型大孔强碱性阴离子交换树脂；柠檬酸；吸附

　　0 引言

　　柠檬酸无毒，水溶性好，酸味适度，易被吸收，且价格低廉，广泛应用于食品、医药、化工、纺织等工业中[1]，其中用量最大的是食品业。预计，随着生活水平的提高，食品工业的快速发展，国内柠檬酸在食品业的用量近年内增长较快。全球洗涤剂行业对柠檬酸的需求量增长很快，而我国在这一方面动作较为缓慢。国外已有柠檬酸大量应于医药上，我国则刚起步[2]。

　　1 本实验的实验原理

　　强碱性阴离子交换树脂：它具有强碱性的活泼基团季胺基。由苯乙烯和二乙烯苯聚合物，与氯甲基醚反应，即得聚苯乙烯型季胺基强碱性阴离子交换树脂，这类树脂如果用NaOH溶液处理，则发生交换过程，转变为OH-型的树脂[3]，这种树脂是淡黄色的球状颗粒，对酸、碱、氧化剂和某些有机溶剂都比较稳定；对强酸根和弱酸根阴离子都能交换；在酸性、碱性和中性溶液中都能应用；在分析化学上应用较多。一般都处理成Cl-型树脂出售，因为Cl-型比OH-型更稳定。而阴离子交换树脂的交换容量，一般也是指Cl-型树脂的[4]。

　　2 实验过程及结果讨论

　　2.1 静态吸附

　　将待用树脂称取1.000g各六份分别至于锥形瓶中，贴上标签后待用。用移液管移取25mL49.8g/L柠檬酸液至小烧杯中，通过添加高浓度的NaOH溶液调节其pH至最佳吸附值7时，然后用蒸馏水将其定容至50mL容量瓶中振荡摇匀后分别取25mL加到盛装有树脂的锥形瓶中，盖上瓶塞之后放入振荡器中振荡，振荡时间为平衡吸附时间10分钟。然后过滤振荡液，用移液管分别移取5mL以酚酞为指示剂，0.5044mol/L NaOH溶液为滴定液滴定，记录NaOH液的用量。随着时间的增大树脂对柠檬酸的吸附量不断增高。

　　2.2 静态解析

　　将待用树脂称取1.0000g各六份分别至于锥形瓶中，贴上标签后待用。用移液管移取25mL 49.8g/L柠檬酸液至小烧杯中，通过添加高浓度的NaOH溶液调节其pH至最佳吸附值，然后用蒸馏水将其定容至50mL容量瓶中振荡摇匀后分别取25mL加到盛装有树脂的锥形瓶中，盖上瓶塞之后放入振荡器中振荡，振荡时间为平衡吸附时间。然后过滤振荡液，用移液管分别移取5mL溶液以酚酞为指示剂，0.5044mol/L NaOH溶液为滴定液滴定，记录NaOH液的用量。

　　分别配制0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2.0mol/L浓度的盐酸溶液50mL，定容于50mL容量瓶中。

　　洗脱液浓度越大，解析率越高。当盐酸溶液为1.5mol/L时的解析率最大，可达到99.3%。这主要是由于在浓度太高的酸溶液中，树脂脱水而收缩，交换在树脂颗粒内部的离子不容易扩散出来；另一方面，浓度高了，洗脱液的粘度却增加了，这样就阻碍了扩散作用的进行，因而洗脱效率反而降低。

　　2.3 动态吸附过程

　　准确称取2g经处理过的树脂，在蒸馏水中浸泡一会后装柱，柱长大约为8cm，内径约为1.0cm，将pH为7.55浓度为15g/L的柠檬酸液倒入柱中，控制流速在0.3mL/min。用量杯接取一定量的滤出液，用0.5044mol/L NaOH溶液滴定，记录氢氧化钠溶液的用量。当柠檬酸溶液不断地倾入交换柱时，柠檬酸阴离子不断地被交换到树脂上。当倾入的柠檬酸溶液达到一定的体积时，滴出来的溶液的浓度和倾入时溶液的浓度相等，这时柱中的树脂对柠檬酸达到了动态吸附平衡。

　　2.4 动态洗脱实验

　　配制1.5mol/L HCL溶液，然后将其慢慢倒入柱中，并控制流速在0.3ml/min，连续定量的接取滤出液，采用甲基橙和酚酞为双指示剂，1.44mol/LNaOH溶液为滴定液滴定柠檬酸液，当溶液由无色变为浅黄色时记录一次NaOH溶液的用量V1。继续滴定，当溶液由浅黄色逐渐变为黄色，进而变为淡红色时记录NaOH溶液的用量。

　　当洗脱液1.5mol/L盐酸溶液不断地倾入交换柱时，以交换在柱上的柠檬酸阴离子，就不断地被交换下来。当倾入交换柱的盐酸溶液达到一定体积17mL时，柠檬酸阴离子就全被洗脱下来[5]。

　　2.5 其他离子对吸附的影响

　　配置2g/L的氯化钾溶液，将此溶液与柠檬酸按照一定比例混合，最大比例为10：1。取出比例不同的混合液，调节pH值在7左右，取25mL该液放入称好树脂的锥型瓶中，然后将其放入振荡器中振荡10分钟。当振荡结束后将振荡液过滤，用移液管移取5mL用0.0983mol/L NaOH溶液加酚酞指示剂滴定，记录NaOH溶液的用量。

　　实验证明：氯化钾溶液中，两种离子对树脂吸附柠檬酸都没有影响。

　　3 结论

　　3.1 D201型大孔强碱性阴离子交换树脂大约在中性条件下对柠檬酸具有良好的吸附性能，吸附速度很快，在10分钟左右就可以达到吸附平衡。

　　3.2 其他离子对树脂吸附柠檬酸性能的影响很小。

　　3.3 使用后的树脂再生方法简单，可重复使用。离子交换吸附法产品回收率很高，方法简便，消耗化工原料少，能耗少，不污染环境。所以用强碱性阴离子交换树脂从发酵液中提取、分离柠檬酸具有很重要的意义。

　　3.4 研究结果具有以下几个方面的意义：评价了该树脂对柠檬酸的吸附性能，拓宽了该树脂的应用范围――可用于从发酵液中提取柠檬酸。为树脂吸附法提取柠檬酸工艺设计提供了有价值的实验参数。

　　【参考文献】

　　[1]彭跃莲，姚仕仲，等。从柠檬酸发酵液中提取柠檬酸的方法[J].2002：4-6.

　　[2]汪多仁。柠檬酸的国外市场动态和我们的对策[J].中国食品应用化学，1999：1-6.

　　[3]朱亨政。柠檬酸的发酵[J].食品与发酵工业，1994：69-73.

　　[4]王晓梅，黄铄，张缓。柠檬酸的清洁生产新工艺[J].2003，11：1-3.

　　[5]王传怀，张国宝，吕希化。电渗析提取柠檬酸技术[J].膜科学与技术，1992：44-48.

　　[责任编辑：王迎迎]