丁二酸(Succinic acid),是一种重要的化工原料,在医药、食品、生物可降解材料、精细化学品等领域均有着广泛的应用。随着能源环境问题的日益突出,微生物发酵法生产丁二酸有望替代化学合成法。然而如何低成本高效地从发酵液中分离获得高纯度丁二酸成为制约其工业化生产的关键。本文以丁二酸发酵液为原料,开展了其分离纯化工艺研究。1.发酵液的预处理。离心去除发酵液中的悬浮菌体和颗粒物,再采用活性炭脱色。考察活性炭的加入量、脱色时间、脱色温度、转速、pH值等5个因素对脱色效果的影响。确定了活性炭的脱色条件为:活性炭的用量3.5%(w/v)、脱色时间40min、脱色温度30?C、pH 6.8、搅拌速度250 rpm,脱色率可达98.08%,丁二酸的损失率仅为3.02%。2.尿素-丁二酸共结晶法分离丁二酸。基于尿素-丁二酸可形成共结晶从发酵液中析出的特征,开展尿素-丁二酸共结晶法分离丁二酸分离工艺研究。探究了尿素与丁二酸的质量比、共结晶温度、时间、pH值等因素对丁二酸-尿素共结晶过程的影响,获得了最佳工艺参数:尿素:丁二酸=3.2:1、共结晶温度4?C、冷却结晶时间12h、pH 2,丁二酸收率为92.5%,且获得的尿素-丁二酸结晶物不含乙酸、丙酮酸、葡萄糖、蛋白质等杂质。随后探讨了NaOH醇溶液对共结晶物中丁二酸分离效果的影响,发现甲醇是共结晶物的最佳溶剂,并确定了酸碱中和的条件。最后,采用强酸性阳离子交换树脂(732型)对丁二酸钠进行纯化、浓缩干燥获得丁二酸(纯度99%)。3.冷却结晶法分离纯化丁二酸工艺研究。采用冷却法结晶分离大部分丁二酸,随后对剩余丁二酸进行尿素共结晶分离。研究结果表明,在pH 2、温度8?C、结晶时间4h的条件下,丁二酸收率为73.4%,纯度可达99.05%。冷却结晶后的丁二酸发酵液与尿素共结晶的研究表明,尿素:丁二酸质量比4:1、pH 2、温度4?C条件下共结晶18h,从发酵液中共结晶出来的丁二酸的总回收率可达到了97.34%。冷却结晶结合尿素共结晶法能够有效的降低尿素的消耗量。4.丁二酸与尿素反应合成丁二酰亚胺研究。通过直接向丁二酸与尿素共结晶物中添加冷却结晶获得的丁二酸,调整丁二酸与尿素质量比为2:1,加入4.2%的亚磷酸,195?C反应6h,丁二酰亚胺的收率可达80%。直接反应合成丁二酰亚胺既可以避免丁二酸与尿素共结晶物的分离过程,又可以减少了甲醇和水的用量。