羟基琥珀酸和琥珀酸在方解石上的吸附比较

论文总字数：14363字

目 录

1. 引言 3

1.1方解石简介 3

1.1.1方解石的定义 3

1.1.2方解石与有机酸的吸附特性 3

1.2羟基琥珀酸简介 3

1.2.1 L-羟基琥珀酸的概述 4

1.2.2 D-羟基琥珀酸的概述 4

1.3琥珀酸的简介 4

2. 材料与方法 5

2.1实验材料 5

2.1.1实验试剂 5

2.1.2实验仪器 5

2.2 实验步骤 5

2.2.1羟基琥珀酸和琥珀酸的吸附动力学实验 5

2.2.2随pH变化羟基琥珀酸和琥珀酸的吸附实验 6

2.3 测试仪器与方法 7

2.3.1pH的测定 7

2.3.2溶液中钙浓度的测定 7

2.3.3溶液中有机碳浓度的测定 7

3. 实验结果与讨论 8

3.1方解石吸附羟基琥珀酸和琥珀酸动力学实验 8

3.1.1摇床动力学实验 8

3.1.1.1方解石吸附动力学曲线 8

3.1.1.2方解石吸附动力学模拟 9

3.1.1.3方解石吸附过程中pH变化 11

3.1.1.4摇床吸附过程中Ca浓度变化 12

3.1.2高脚杯动力学实验 13

3.1.2.1高脚杯吸附动力学曲线 13

3.1.2.2高脚杯吸附的动力学模拟 13

3.1.2.3高脚杯吸附过程中Ca浓度 15

3.2 改变pH变化的吸附变化 15

3.2.1 改变pH时吸附含量变化 15

3.2.2方解石吸附羟基琥珀酸和琥珀酸pH变化 16

3.2.3 pH变化时Ca浓度变化 17

4. 结论 18

参考文献 18

致谢 20

羟基琥珀酸和琥珀酸在方解石上的吸附比较

都双

，China

Abstract：In recent years, the use of hydroxy succinic acid as an additive in food and drug products,succinic acid mainly used in rubber plastics and other industries, the use of a wide range of people's attention.In this paper, calcite as the adsorbent, the adsorption of hydroxy succinic acidand succinic acid are studied from two aspects of dynamics and the change with pH.By fitting the kinetic model, we found that the kinetic adsorption of calcite on L- hydroxy succinic acid and D- hydroxy succinic acidis in accordance with the second order kinetic modelwhich is mainly based on chemical adsorption.Succinic acid is mainly based on chemical adsorption, and accompanied by physical adsorption.With the increase of pH, the adsorption content of calcite to hydroxy succinic acidand succinic acidis decreased. The research shows that calcite adsorption of L- hydroxy succinic acid and D- hydroxy succinic acid adsorption process is basically the same, adsorption was higher than that of succinic acid adsorption. This paper provides a theoretical basis for the study of organic compounds,such as hydroxy succinic acid, and promote the scientific development.

Key words：hydroxy succinic acid; succinic acid; isomers; dynamics; pH

1. 引言

1.1方解石简介

1.1.1方解石的定义

方解石是自然界中比较常见的矿物质种类之一，其主要化学成分为碳酸钙^[1]。方解石具有各种各样的晶体形态，从小到大可以是粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状，也可以聚集成一整块晶体等，故而可以将其命名为方解石。将方解石敲碎后，会形成很多方形碎片。由于方解石表面具有活性，故而可以与环境中的很多物质发生吸附反应。

1.1.2方解石与有机酸的吸附特性

地表沉积物中常见的碳酸盐矿物质是方解石，可以通过表面吸附与水中的有机或无机物质发生变化，用途广泛，可作为塑料、牙膏、食品中的添加剂，也可作为生产水泥和石灰的原料和冶金工业上的熔剂^[2]。且因方解石的吸附特性，天然环保的方解石具有丰富的利用价值与发掘空间。方解石可以与多类有机物质发生吸附反应，其作用研究也早已引起了人们的普遍关注和重视。胡鹏^[3]的研究表明，所有的二元羧酸都会抑制草酸钙晶体的聚集程度，且当有机物的取代基中含有-OH、-NH₂，这种能力都会增强。秦鹏华^[4-5]等人的研究也发现侧链官能团中羟基和羧基等取代基的有机物与钙离子配位能力会增强，当溶液中存在羟基琥珀酸时，碳酸钙的形态结构会随之变化^[6]。本文就是采用这一原理。据研究表明^[7-8]，在开放体系和封闭体系中，方解石的溶解程度完全不同，跟物质的络合程度也大不相同。在天然水系统中，方解石——CaCO₃的溶解或者沉降，会改变体系的物理化学性质，并对其中的化学成分有一定的影响。开放体系中，CaCO₃^[9]的溶解会伴随着CO₂的分解及溢出，同时会使得体系的pH值升高；而其沉降过程则会使得体系的pH值下降。而封闭体系中，CaCO₃的溶解过程会影响到水环境中CO₃^2-的含量，故而与开放体系相比，等量的CaCO3的溶解，封闭体系环境下的水体的PH值会比较高。环境中方解石的水溶液最易达到的平衡状态就是开放体系中的CaCO₃-H₂O-CO₂的状态，且是在自然状态中产生的，相对于严格禁止CO₂的封闭体系，操作简单，易于实现。因此本实验是在开放体系中进行的。

1.2羟基琥珀酸简介

羟基琥珀酸的化学名是羟基丁二酸，又名苹果酸^[19]，分子式为C₄H₆O₅，在苹果中广泛存在，未成熟的苹果中大约含有0.5%左右的有机酸，其中羟基琥珀酸占97.2%以上，且因此得名。分子中含有一个不对称碳原子 C，形成三个对映体，即L-羟基琥珀酸、D-羟基琥珀酸和DL-羟基琥珀酸^[11]，分别呈左旋、右旋和外消旋，自然界存在的羟基琥珀酸都是L-型。L-羟基琥珀酸和D-羟基琥珀酸化学结构如图1-1所示。

图1-1 L-羟基琥珀酸和D-羟基琥珀酸的分子结构图

1.2.1 L-羟基琥珀酸的概述

L-羟基琥珀酸是自然中很重要的一种有机酸，在生物体中，易溶于水，是一种相对而言酸性较强的有机酸^[12]，电离常数为K₁为4.0×10^-4、K₂为9×10^-6。羟基琥珀酸在水中的溶解能力很强，酸味柔和。特别是发酵法生产的L-羟基琥珀酸是安全性能很高的食品添加剂^[13]，在国际上也是极为认可的。是加工果冻、果酱、糖果、罐头、糕点等优良的酸味剂之一。前人的研究^[14]发现L-羟基琥珀酸具有极大的市场前景，现已可以替代柠檬酸成为一种很普遍的酸味剂。这类食品添加剂一直是世界上仍在殷切需求的产品，加上目前生产技术不断提高以及不断降低的生产成本，使其产生的经济效益也是巨大的。

1.2.2 D-羟基琥珀酸的概述

D-羟基琥珀酸是自然界中非常稀少的有机酸^[15]。主要应用于抗生素、抗病毒药物、药物信息素、抗组胺药^[16]等的药物合成。主要靠人工合成，合成D-羟基琥珀酸的主要方法有化学拆分法、生物降解法、生物转化法等。在国外的研究中，有科学家采用将马来酸生物转化制备D-羟基琥珀酸的研究。何冰芳^[17]等人对此改进方案，进一步研究。利用反应分离耦合技术酶法将马来酸钙制备D-羟基琥珀酸钙。反应原理为马来酸与羟基琥珀酸都是二元羧酸，易与钙离子形成不溶性的配合物，产生沉淀，降低生成物的浓度，从而加快反应速率。通过这种方法，产率明显高于国际报道的最高水平，明显缩短反应时间，利于生产。

1.3琥珀酸的简介

琥珀酸的学名为丁二酸，化学式为C₄H₆O₄，是一种典型的二元羧酸。结构如图1-2所示。琥珀酸为无色晶体，微溶于乙醇、乙醚和丙酮中，能溶于水^[18]。琥珀酸在温度很高的状态下受热分解，释放出刺激性的烟雾和气体，当达到一定浓度时，就会与明火发生爆炸，有一定的危险性。琥珀酸用来合成抗生素、维生素A、维生素B。此外还可以用于牙膏、清洗剂、染色剂、塑料、农药等方面^[20]，是现代生活中经常用到的化学品。

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