批处理和连续流吸附酚类化合物的橄榄油厂废水:比较非离子和离子交换树脂

文摘

这项工作的目标是(我)比较两个阴离子离子交换树脂(IRA958 Cl和IRA67)和非离子树脂(XAD16)酚类化合物的吸附能力从橄榄油厂废水和(2)比较最好的树脂的吸附能力不同长度的列。执行的离子交换树脂比非离子XAD16树脂的利用率(20%比43%)和酚类化合物/鳕鱼富集因子(1.0和2.5)。挥发性脂肪酸的增加并没有阻碍酚类化合物吸附在树脂,表明非竞争性吸附机制。pH值增加从4.9到7.2并不影响结果比较。表现最佳的树脂(XAD16),增加列长度从0.5到1.8 m决定树脂利用率的增加(从12%到43%),树脂生产力(从3.4到7.6)和酚醛树脂/鳕鱼富集因子(从1.2到2.5)。一个轴向色散与非平衡吸附模型准确解释的酚类化合物和鳕鱼实验曲线。

1。介绍

橄榄油厂废水(OMWs)代表一个重大的环境问题。的确,COD含量高(20 - 200 g / L)和相关的酚类化合物(pc)内容(0.1 -18 g / L)导致毒性、臭味,抑制种子萌发和植物生长1- - - - - -5]。此外,高浓度的电脑的存在可以抑制需氧和厌氧生物过程,可以应用于制造OMW适合灌溉(6]。另一方面,一些研究表明,OMW电脑有强大的抗氧化剂,抗炎,抗菌性1,3,7- - - - - -11]。OMW包含大约95%的PC内容最初的橄榄,由于电脑的高溶解度在水1,12]。提出了几个流程删除或恢复电脑从OMW:与酸乙酸乙酯溶剂萃取,酸化乙醇,或超临界流体1,9,13- - - - - -15),超声治疗(16),不同的膜分离过程的组合17- - - - - -20.),和其他新兴技术如浊点萃取(21- - - - - -23]。

吸附是一个有趣的个人电脑从OMW复苏技术。它有一个相对简单的设计,操作,和扩大。它的特点是易于树脂再生和低运营成本(24,25]。两种吸附机制可以用于电脑恢复:简单的吸附在离子中性非离子树脂和离子交换树脂。两种吸附剂类型被成功用于几个字段(25,26]。一些研究集中在这些吸着剂的使用单酚类化合物的去除合成解决方案(27- - - - - -31日]。最近,吸附过程进行了研究,提取有价值的化合物从食品加工副产品(电脑、蛋白质和肽)从橘子皮、苹果果渣,葡萄籽油,木豆(32- - - - - -36]。在一个复杂的矩阵,如实际OMW PC吸附收益率可以显著减少通过竞争吸附施加其他化合物(37]。此外,卡摩尔et al。38)表明,碳水化合物和氨基酸可以减少电脑吸附中性和离子交换树脂的收益率。pH值对PC吸附具有重要影响:低pH值有利于质子化了的形式,因此中性树脂上的吸附,而高pH值(12)支持相应的阴离子形式,因此吸附在离子交换树脂28- - - - - -30.]。基本pH值可取的离子交换的电脑不含羧基官能团如酪醇,hydroxytyrosol, oleuropein。另一方面,许多电脑也是羧酸。出于这个原因,电脑也被成功通过离子交换吸附中性pH值(38]。

尽管一些PC吸附处理工作,只有很少的研究集中在连续流的发展过程电脑混合物的吸附39- - - - - -45]。其中,只有一个使用一个实际OMW [39),而其他人使用其他自然资源或合成PC混合物。在其他作品中,OMW吸附研究废水处理,而不是电脑恢复过程(18,46]。

在以前的工作(47),我们的研究小组测试了恢复电脑的可行性从实际OMW吸附在0.5列。选择的非离子XAD16树脂的基础上初步测试进行4树脂:非离子弱极性丙烯酸酯安伯来特XAD7,非离子极性S-DV安伯来特XAD16,极地S-DV IE安伯来特IRA96(聚胺官能团),和非极性羟化polystyrene-divinylbenzene Isolute ENV + (3,48,49]。以前的工作(47包括PC等温线,突破测试之后通过与酸化乙醇解吸,过程模拟,再吸附柱的设计(2 - 3米)用于进一步的调查。

这项工作的主要目标是以下。

(1)比较的PC分离能力两个离子交换树脂和中性树脂(XAD16),通过等温线和突破与实际OMW进行测试。事实上,尽管XAD16之前被证明是一种有效的和适度选择性吸附剂(47),其相对较高的成本可能会影响电脑的经济可行性恢复过程。另一方面,离子交换树脂通常更便宜。为了这个目的,一个强大和弱离子交换树脂(IRA958 Cl和IRA67)被选中。

(2)评估的PC分离能力两个离子交换树脂和中性树脂(XAD16)在没有大量vfa的存在和在不同的pH值。事实上,电脑恢复了框架的全面过程OMW维持价格可能包括几个步骤,包括可用的鳕鱼转化为挥发性脂肪酸(vfa)厌氧消化。反过来,浓度可作为碳源出于各种目的,包括polyhydroxyalkanoates生产(50- - - - - -52]。在这个角度看,电脑吸附前后VFA可进行生产:在第一种情况下,电脑将与其他竞争吸附nonphenolic OMW化合物存在,而在第二种情况下电脑将主要与VFA竞争。在这两种情况下,竞争效应对PC吸附强烈影响博士确实,vfa和电脑,高pH值平衡转向电离形式,因此有利于吸附在离子交换树脂,而加强非离子吸附树脂低pH值。然而,pH值阈值以上的电离形式盛行取决于具体的化合物被认为是:vfa的pKa值和羧基组,一些电脑包含在4.0 - -5.0的范围内,表明这些化合物在pH值高于5 - 6主要是电离;另一方面,酚组有更高的pKa值对苯酚(9.9),因此得到电离更高的pH值。此外,pH值的影响之间的分配免费的叔胺和质子化了的形式使职能化离子交换树脂如IRA67。另一方面,季铵组如IRA958 Cl不能使质子化。因此,在这个工作中,两种情况下(有或没有VFA之外)在三个pH值进行测试,从新鲜的自然pH OMW中立(4.9),在一个过程的角度不需要进一步的pH值校正之前的最后使用处理过的水灌溉或进一步的生物技术转换。

(3)装配和测试一个1.8米的吸附/解吸柱和比较实验与XAD16表演获得与之前预测结果的基础上获得的0.5列。事实上,在我们的以前的工作47),基于模型的优化PC XAD16吸附,0.5米的基础上执行测试,表明一个列长度在1.8 - 3米范围预计将导致高性能的PC吸附产量和树脂利用率。

本研究的主要小说元素(i)的开发和造型OMW PC连续流吸附/解吸过程分离,(2)离子交换的比较和非离子树脂OMW PC分离,和(3)的竞争效果的评价vfa施加于PC吸附。

2。材料和方法

2.1。OMW、树脂和化学物质

OMWs用于本研究产生的三相橄榄油厂附近的统帅权,意大利西北部。不同OMWs相对生产连续三年(2012 - 2014)。的主要特征OMWs报道在表进行测试1。

安伯来特XAD16(陶氏化学欧洲GmbH, Horgen,瑞士)是一种非离子styrene-divinylbenzene吸附固相。安伯来特IRA958氯是一种强碱性阴离子交换树脂,用季铵基团交联丙烯酸聚合物基质释放Cl⁻以换取分离多酚或酸。安伯来特IRA67是弱碱性阴离子交换树脂,与叔胺官能团交联丙烯酸凝胶结构。离子交换树脂都是由罗门哈斯公司,费城,宾夕法尼亚州,美国。三种树脂的主要特征是描述在表2。

XAD16被激活如下:(i)树脂浸泡与酸化乙醇(0.5%盐酸0.1 N),(2)过夜干燥在105°C,(3)第二树脂与酸化乙醇浸泡,和洗(iv)双重软化水(49]。最后,活化溶剂被注射器愿望和大量的激活和水化树脂(w / w w / w树脂28%,72%水)。IRA958 Cl和IRA67离子交换树脂不需要任何激活。

desorption-regeneration溶剂,高效液相色谱流动相组件、没食子酸、碳酸钠、氯酸钠、硫酸和溶剂的树脂得到了激活Sigma-Aldrich(意大利米兰)。鳕鱼试管从Aqualytic收购(多特蒙德,德国)。

2.2。分析方法

总酚类化合物含量测定的高效液相色谱法,使用C18 Kinetex 2.6μm 100ÅPhenomenex列,Jasco 880泵和Jasco 875 -紫外线智能UV / vis检测器(伊斯顿,马里兰州)设定在264海里。two-mobile-phase梯度应用:溶剂液相色谱水0.1%磷酸乙腈溶剂B。没食子酸作为内标(50 mg / L)。总固体含量是衡量干燥样品在一夜之间在105°C和权衡。悬浮物测定过滤0.45µm ALBET硝酸纤维素膜过滤和权衡。总溶解固体计算的区别和悬浮物。鳕鱼是衡量使用Aqualytic spectrophotometrically鳕鱼不同的管(范围:0 - 1500)。OMW密度测量通过比重瓶100毫升来发现工具。酸度与EUTECH测量仪器2700系列酸度计(热费希尔科学,沃尔瑟姆,马萨诸塞州)。更多细节的报告分析方法(47]。

2.3。吸附等温线

PC吸附等温线进行了研究在研究°C的温度范围,大约对应的操作温度突破实验。不同数量(0.1 - -2.0 g)干树脂被引入到50毫升玻璃小瓶。两瓶被设置为每个数量的树脂。添加20毫升的OMW之后,瓶被放置在一个旋转瓶(140 rpm) 2 h。固相的平衡浓度然后计算,在那里是干树脂质量,和初始和最终PC浓度的液体,然后呢和分别是OMW卷添加到固体和最终导致液体体积之和添加OMW最初激活中包含树脂和水。在初步测试旨在选择的两个研究了离子交换树脂(部分3.1等温线的),一个单一的条件测试,遵循同样的步骤上面描述的完整的等温线和混合10 g干树脂OMW 20毫升。每一个单点测试的特点是通过电脑,鳕鱼,VFA吸附率,评估。

2.4。OMW预处理

一个3步骤OMW预处理被用来去除水中的悬浮固体,避免吸附床污染:(i)在4000转离心新鲜OMW 30分钟,使用热费希尔科学SC16R离心机(马萨诸塞州沃尔瑟姆),(2)内联25µm微量过滤,(3)内联11µ米微滤(通用电气医疗集团生命科学绘画纸过滤器)。执行过滤1 m / h表面速度。这个过程允许98.5%的悬浮物的去除。只有适度的和可逆的压降增加(从0.1到0.3 bar)观察在突破测试。PC与分离固体损失等于7 - 8%。更多细节在OMW预处理所示(47]。

2.5。吸附柱填料

半连续吸附/解吸进行了测试在一个吸附器的4 0.5玻璃列(内径0.0244米)串联连接。之后,他们将一个20 - 25毫米的石英砂层底部,每一列充满了选择树脂使用动态轴向压缩技术优化和详细描述之前47]。150毫升的稀释水泥浆(100)是用5分钟为了消除空气困在树脂珠子,涌上砂层,自然沉降一小时。循环去离子水后向下直到稳定沉降的树脂,25毫升的第二个更集中泥浆(600)是用和添加三个步骤。进一步的去离子水再循环应用,最后,进一步20 - 25毫米石英砂层被树脂和列的顶部向下刷新与去离子水在一夜之间。因此,实际的树脂床的长度是1.82米。

2.6。流体动力测试

表现最好的树脂,额分析实验测试进行评估包装质量和吸附床的流体动力行为。0.04 M氯化钠溶液是美联储从顶部的列的表面速度1.2米/小时。列出口,导电性测量EUTECH仪器2700系列热导计。包装质量评估的详细描述的方法(47),使得估计(i)理论板的数量,(2)相当于理论塔板高度(HETP), (iii) HETP /比,指出填料粒子的平均尺寸,(iv)不对称因素,定义为领导之间的比例和尾矿semiwidth峰的峰高的10%。色谱法的目的,HETP /应该尽可能低(< 3)和应尽可能接近1 ()[53]。相同的前沿分析数据被用来估计的有效孔隙度()和纵向弥散性()的树脂填充床。前参数评估直接从保留时间分布曲线,而后者估计实验的最适合出口浓度与一维对流扩散模型,假设没有缺陷由于吸附现象。实验数据模拟的时间对流/扩散模块解决有限元PDE COMSOL 3.5多重物理量。的拟合值和95%置信区间由应用高斯牛顿法,遵循程序说明了Englezos和Kalogerakis54),后来适应了对流扩散问题,扎马et al。55]。更多细节可以在[47]。

2.7。吸附过程:突破性的测试和模拟

三个测试在室温下进行吸附突破(能力°C)的1.8列。每个测试报告的详细操作条件表3。这些测试都贴上XAD2(1.8米,3.1米/小时;树脂XAD16;统帅权2013 OMW), IRA1(1.8米,2.8米/小时;树脂IRA958 Cl;统帅权2014 OMW)和IRA2(1.8米,1.3米/小时;树脂IRA958 Cl;统帅权2014 OMW)。在每个测试标签,测试后第一个数字ID显示列的长度,第二是指表面的速度。表面的速度,从1.3 m / h为3.1 m / h,选择的基础上初步优化在以前的工作中执行(47]。作为比较,表3包括以前执行的测试与XAD16 0.5列:这个测试,贴上bt2 (47),改名为XAD1(0.5米,1.4米/小时)为同质性工作。

使用OMW是美联储Masterflex L / S 0.1 HP 1 - 100 RPM蠕动泵。压降和温度测量每小时。总PC和COD浓度测定在OMW样本每小时从列出口和入口的每3个小时。PC和COD平均水平在进口用于规范化值对应的出口。实验测试持续20液压居留时间(计算)对应一个出口标准化PC不同浓度在0.3和0.9之间。吸附性能量化通过以下指标,指无量纲浓度作为断点值:0.2(我)吸附率(),评估;(2)PC / COD吸附选择性,表示为相应的吸附率比率;(3)树脂利用率(),定义为切入点(PC,这些质量)/(总电脑质量可以,这些如果所有的树脂饱和);(iv) PC /鳕鱼浓缩系数,定义为PC含量之间的比例的总COD吸附物质(),在新鲜OMW;(v)树脂生产力,表示为。这些索引计算中描述(47]。

表现最佳的树脂、实验规范化PC和鳕鱼突破曲线解释通过一维对流扩散模型,以评估过程性能,建立过程的基于模型的优化和扩大的基础。模型开发,成功测试,并应用于以前的工作(47实验数据收集在一个0.5列。仿真是不容忽视的假设下进行传质阻力。规范化出口电脑和COD浓度和质量平衡方程解释相对于液体(见(1))和固体(见(2)阶段如下: 在哪里表明个人电脑或鳕鱼液相浓度,是相应的固相浓度(),是指液体体积传质系数,是沙子或树脂体积密度(计算干砂或树脂的质量除以体积相应的列部分),是树脂或砂孔隙度、是电脑或鳕鱼平衡吸附常数,是等效扩散系数(计算,纵向弥散性估计从流体动力测试)。

在这个模型中,内部和外部质量传递现象表达的整体体积系数(56]。等温线的结果的基础上测试,一个线性均衡模型是利用表达式的传质驱动力。相同的价值被认为是有效的pc和鳕鱼。在这些模拟,简单的对流弥散是假定为惰性沙子的底部和顶部每个吸着剂添加列(没有吸附在沙滩上)。和被最佳浓度过程在实验电脑估计高斯牛顿法后,根据其适应对流扩散问题的过程说明了扎马et al。55]。同样的,估计实验COD浓度的最佳程序。每个最适合的质量评估通过的相关系数定义在[57]。更多细节上的模型和最佳报告程序Frascari et al。47]。

2.8。Desorption-Regeneration测试

使解除吸附和回收电脑,在每个半连续突破吸附试验、酸化乙醇(0.5% v / v HCl 0.1 N)是美联储从底部的列Masterflex L / S 0.1 HP 1 - 100 RPM泵。溶剂流率最初等于OMW流量在相应的吸附试验。然而,逐渐减少溶剂流量应用维护的总压强列入口< 2栏,随着溶剂粘度的增加由于PC溶解浓度的增加。解吸是一直持续到实现PC含量< 5%的平均进口浓度在吸附步骤。这一标准是实现总解吸时间等于5液压居留时间。最后,列和软化水冲洗至少5液压居留时间。PC解吸率,定义为,决心的基础上电脑内容的乙醇溶液和冲洗水的解决方案。再生溶剂和恢复眠的化合物,ethanolic眠提取美联储低压蒸馏过程在旋转蒸发器(LABOROTA 4002 Heidolph, 12月7,德国)。进一步的细节在解吸测试报告(47]。上述解吸过程,开发并成功测试的XAD16以前的工作(47),也初步应用于IRA958 Cl。

3所示。结果与讨论

3.1。比较性能的非离子和离子交换树脂通过批量测试

第一套平衡测试进行了比较选择的吸着剂的PC吸附性能(IRA67、IRA958 Cl和XAD16),特别是选择表现最好的离子交换树脂IRA67和IRA958 Cl之间。节中描述2。3对于单点等温线测试,20毫升OMW混合10 g干树脂。在完整的等温线与XAD16之前执行47),这个条件收益率低浓度点,对应于一个无量纲PC浓度约为0.1。在实际工业过程中,这是典型的阈值在停止使用的列出口吸附阶段(断点)。

新鲜的统帅权2014 OMW包含1.3 g / L vfa (0.60 g / L,乙酸丙酸0.02 g / L,丁酸0.63 g / L,和戊酸0.03 g / L)。另一方面,VFA浓度可以更大如果OMW预处理引起酸化的厌氧消化过程,旨在把nonphenolic COD的浓度。为了研究可能的干扰VFA的PC吸附,测试在不同的pH值(4.9 6和7.2)后被重复添加VFA的混合物,其组成的模仿的典型废水的过程OMW引起酸化的厌氧消化(58]:醋酸4.26 g / L,丙酸1.61 g / L,丁酸3.42 g / L,戊酸0.97 g / L,总浓度10.3 g / L。

用,没有VFA pH-averaged吸附除了如表所示4。这些平均值可以用来比较的性能测试也吸着剂的PC /鳕鱼和PC / VFA选择性和讨论VFA在PC吸附的影响。

在所有的实验条件,XAD16表现比都测试了离子交换树脂,平均pc吸附收益率在77%和83%之间,而IRA958 Cl,最好的两个离子交换树脂,介于55%和60%之间。即使XAD16确认其PC亲和力高,平均XAD16收益率对个人电脑,鳕鱼,和vfa非常相似(77%、71%和72%,分别地。),表明看似可怜的PC /鳕鱼选择性。的低选择性XAD16在这些测试是在明显的矛盾与我们之前的工作成果(47]。一个初步的解释这一节将讨论不一致3.2等温线数据的基础上。另一方面,离子交换树脂似乎拥有电脑能力低于XAD16但更高的PC选择性:例如,IRA958 Cl吸附60%的个人电脑没有VFA之外但只有31%的鳕鱼和43%的浓度。

PC吸附浓度没有显著影响。事实上,尽管测试树脂、电脑用,没有VFA除了是等价的。另一方面,VFA除了确定显著增加在PC的选择性XAD16 (PC /鳕鱼和PC / VFA产量比率从1.1增加到1.9),因此减少的鳕鱼和VFA收益率。事实上,尽管增加了30%的鳕鱼VFA, COD吸附量测试VFA的XAD16非常接近,如果没有加法(450毫克没有补充,补充370毫克)。相反,增加10倍的初始VFA浓度从1.3 g / L (10.3 g / L)导致了5倍的增加吸附VFA(从19毫克至88毫克)。这些数据表明,在XAD16,鳕鱼接近饱和区理论的朗缪尔等温线类型在原始OMW和VFA的样本,而浓度达到饱和后才增加的浓度。尽管这些显著变化的浓度可能的竞争对手,电脑,这些在XAD16产量相似,表明PC和VFA吸附发生没有竞争。

至于pH值的影响,电脑,鳕鱼,用没有VFA VFA吸附除了pH值在每个测试报告(4.9,6.0,和7.2)在图S1在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2016/9349627。pH值似乎有点影响吸附性能的测试范围。特别是,没有出现在XAD16重大影响,在没有和高VFA浓度的存在。这种行为是某种预期XAD16非离子树脂和电脑主要是在酸性质子化了的。

相反,相反的pH值的影响被观察到在离子交换树脂。在爱尔兰共和军958 Cl(季铵官能团),一个温和的PC产量的增加是通过增加pH值从4.9到7.2,在新鲜OMW(从54%到64%)和样品的浓度增加(从44%到64%)。这个结果可能归因于电离PC分数的增加而增加博士另一方面,pH值增加决定用IRA67衰变在个人电脑(叔胺功能化):从47%到23%的新鲜OMW和从60%到22%的浓度。这种负面影响可以初步解释考虑叔胺的质子化作用平衡:在相对较低的pH值,盛行的质子化了的有效形式允许离子交换吸附电脑,而在中性pH值的非离子形式胺可能占据主导地位,与聚合物基体和吸附发生通过简单的交互。然而,酸性条件下显著降低PC离子形式,可以保留一种离子交换机制。

总之,测试IRA离子交换树脂的性能低于XAD16 PC吸附容量而言,即使高选择性的电脑具体的测试条件。特别是低亲和力的爱尔兰共和军离子交换树脂的浓度可能结果是有趣的对于个人电脑的过程吸附后nonphenolic鳕鱼转化为vfa通过引起酸化的厌氧消化。基于这些结果,IRA958 Cl,表现最好的两种离子交换树脂,被选为演出的进一步调查,组成一个完整的等温线曲线和突破测试1.8吸附床。

3.2。多酚吸附等温线

相对于IRA958 Cl PC等温线(= 30°C)和XAD16 (= 27°C)如图1固体和液体的相平衡浓度和插值曲线。XAD16而言,实验平衡分可分为两个区域:一个低浓度区(150 mg / L在液体中)与一个不利的行为和第二中等浓度区域线性趋势。后者可以理解为初始线性朗缪尔等温线的一部分。支持这个假说理论的观察XAD16容量(370)是大约6倍的最大浓度,这些测量工作。XAD16这种奇怪的行为,也观察到在不同的温度下(47)和不同OMWs(数据没有公布),可以初步归结为单一的竞争吸附的个人电脑和其他鳕鱼组件。总体来看,线性插值的XAD16等温线导致高(0.94)。因此,一个线性吸附模型成功地用于XAD16突破的模拟测试,如部分3.4。另一方面,IRA958 Cl实验点表现出不利的行为在整个PC浓度范围。IRA958 Cl等温线是插值的幂律曲线(弗伦德里希等温线类型)和一个指数高于1 ()。

应该注意的是,对于XAD16和IRA958 Cl,单点平衡实验,部分的对象3.1在最开始的等温线,在区(resp不利的行为。72和350 mg / L PC液体浓度,1.2和0.82这些纤维浓度)。这个证据解释了低选择性与XAD16单点实验中观察到,随着个人电脑,这些金额低于预期的数额五倍如果线性趋势观察到高液体浓度也适用在这个低浓度区。

总之,无论不同等温线类型和温度的细微差别,比较实验数据清楚地表明,IRA958 Cl PC吸附性能明显比XAD16,至少在PC浓度OMWs典型的测试。比较IRA958 Cl和XAD16完成后通过流体动力和突破1.8吸附柱实验,以评估PC /鳕鱼选择性在一个持续的过程。

3.3。流体动力特性

每组前电脑突破测试表中所示34列的吸附床上摆满了新鲜的树脂(XAD16或IRA958 Cl)和流体动力测试与生理盐水示踪剂进行以评估包装质量、树脂孔隙度、XAD16,纵向弥散性。一些代表性案例实验无量纲氯化钠浓度的列退出如图2。包装质量评价的结果被发表在表5报告估计,而疏密度和纵向弥散性表3。

关于XAD16,流体动力测试之前执行突破测试XAD2(1.8米,3.1米/小时)导致高包装质量(非常高、低HETP /非常接近于1),不对称因素。轴向色散模型没有吸附传质(见(1),)与数据的吻合程度很好(;连续线在图2)。很低的纵向弥散性估计(毫米)证实了高包装质量。如表所示5,流体动力测试之后进行相同的吸附床吸附/解吸周期导致一方面HETP /的一倍但另一方面更对称的曲线。相应的曲线如图2因为它是测量前测试XAD2密切重叠。这一结果表明,吸附/解吸周期有一个小但不是对包装质量的影响可以忽略不计。进一步的测试正在进行中,以评估这方面从长远来看,角度开发过程中表现为大量的周期执行相同的树脂。

作为一个代表IRA958 Cl测试的情况下,获得的示踪曲线爱尔兰共和军突破测试之前和之后两个吸附/解吸周期(即。后,测试IRA2)如图2。如表所示5,操作连续2吸附/解吸周期IRA958 Cl增加导致了60%的减少板高度和不对称因素增加了40%。这个发现证实的影响还需要进一步的研究来评估重复吸附周期对包装质量和稳定性。有趣的是,尽管两者之间的相关包装质量的变化上述IRA测试,出口示踪剂浓度的实验趋势似乎几乎重叠(图2)。这个观察照亮的高灵敏度提出包装质量评估工具。

3.4。酚类化合物和鳕鱼突破测试

在我们以前的工作(47],XAD16突破测试在0.5列进行表面速度的0.48和1.4 m / h导致早期的断点,在顺向可怜的树脂利用率(12% - -17%),而在基于模型的识别最佳床的长度(2至4米)。PC突破曲线和获得的主要过程表现在前面的工作(47)在1.4 m / h测试、重新命名XAD1(0.5米,1.4米/小时)在这个工作,在图3(一个)和表3做个比较。

在目前的工作,突破测试执行XAD16 3.1 m / h在1.8厂(XAD2,表中3)的特点是增加树脂床的长度(从0.5到1.8米)和表面速度(从1.4到3.1 m / h),以增加水力停留时间(从0.35到0.60 h)。3.1 m / h表面速度被选作为妥协,以减少传质阻力没有减少停留时间,一个关键因素的测定树脂利用率。XAD2测试的主要目的是比较性能与取得0.5列(XAD1, 1.4 m / h)。规范化的PC和COD浓度获得在XAD2列出口(1.8米,3.1米/小时)绘制在图3(一个)与无因次时间,定义为(实际突破时间)/(水力停留时间)。

突破曲线的模拟进行了使用轴向扩散模型的假设下,不是微不足道的传质阻力和线性等温线pc和鳕鱼(见(1)和(2))。这种方法使两组化合物满意的模拟,0.94 pc和鳕鱼。最佳拟合的估计,,报道在表3。高斯牛顿法利用估计这些参数聚合后6 - 7迭代和提供可接受小的95%置信区间。XAD2(1.8米,3.1米/小时)结果为25%高于XAD1(0.5米,1.4米/小时)的速度2倍增加。增加了30%可能被观察到,由于较低的温度(24°C XAD1 XAD2与30°C)。另一方面,XAD2比(0.17±0.04)中获得类似于XAD1(0.13±0.02),证实了高选择性的XAD16电脑评估之前(47]。这些结果表明,获得的PC / COD明显较低,选择性的XAD16批单点测试(部分3.1)是由于这样的事实,使用高树脂/ OMW比率下降导致了平衡点在初始部分XAD16等温线(图1),特点是一个不利的行为。

个人电脑和鳕鱼模拟曲线的测试XAD2(1.8米,3.1米/小时),如图3(一个)被用来估计相应的吸附收益率(和)和树脂利用率(所选断点20%(表)3)。正如预期的那样,深层吸附床转移实验曲线向高的无量纲时间的相当大的增强性能的树脂利用率(+ 260%,与XAD1相比),经济可行性的一个关键因素的过程。性能测试XAD2(1.8米,3.1米/小时)相比预期为1.8列满XAD16的基础上预测在我们以前的工作(47]。尽管PC吸附收益率非常接近(92%和95%),实际的树脂效率(43%)导致低于预测的一个(58%)。这个偏差可以解释为考虑到更高速度的测试XAD2 (3.1 m / h)与用于模型相比,预测(1.4 m / h)决定了低停留时间,因此低。表面速度的优化是在进步。

第二个突破测试,贴上IRA1(1.8米,2.8米/小时),进行包装后列IRA958 Cl树脂。操作条件类似的测试XAD2(1.8米,3.1米/小时)。个人电脑和鳕鱼实验数据如图3 (b)。出口电脑浓度急剧增加,在不到5居住时期达到高水平。相应的鳕鱼突破曲线有一个类似的趋势和结果更接近电脑曲线比XAD16测试的情况下(XAD2)。这些数据表明,IRA958 Cl PC /鳕鱼选择性却很差。这一结论得到了证实,在测试IRA1,鳕鱼产量结果高于电脑产量(表3)。此外,树脂利用率绝对是过低(9%)。

IRA958 Cl的性能远低于预期,第三个突破测试(IRA2, 1.8米,1.3米/ h)的特点是表面的速度减半。这种变化双打停留时间,预期的积极影响树脂利用率。另一方面,减少表面速度可以影响传质系数,因此总体性能。如图3 (b)和表3在IRA2(1.8米,1.3米/小时),个人电脑出口浓度的增加速度远大于IRA1(1.8米,2.8米/小时)和迅速达到饱和状态。PC /鳕鱼选择性结果又很差。尽管增加树脂效率,该参数仍然是与XAD16比获得的价值低30%。总体来说,测试IRA2(1.8米,1.3米/小时)证实了不满意PC树脂IRA958 Cl的吸附能力。

3.5。Desorption-Regeneration测试,提取纯度和树脂的生产力

每个突破测试后,吸附物质被而眠的树脂喂养和恢复酸化乙醇(0.5% v / v HCl 0.1 N)。然后,列被软化水清洗再生。PC解吸率,计算的基础上,分析乙醇和水提取物,结果等于大约75%在XAD16测试(短期和长柱;表3)。两个IRA958 Cl测试,解吸收益率较低(50 - 60%)和钾的冲洗水眠电脑被发现。这些结果表明,解吸过程为XAD16不适合开发IRA958 Cl,即使其他作者使用酒精的解决方案使解除吸附电脑从离子交换树脂32,59]。然而,由于IRA958 Cl的吸附结果不满意,特别适合于该树脂解吸协议并不发达。

PC和XAD鳕鱼数量吸附和IRA测试计算和比较新鲜OMW相应的值。这使得PC /鳕鱼浓缩因子的评估,评估的有效性吸附过程在集中电脑(表产生的有机物质3)。XAD16测试,使用1.8米床(测试XAD2)被证明是必要的为了实现一个可接受的富集因子(2.5)。另一方面,缺乏选择性IRA958 Cl没有产生任何显著增加相对PC / COD浓度在爱尔兰共和军测试。使用XAD4中性吸附树脂,Zagklis et al。18)发现浓缩因子类似达到在测试XAD2(1.8米,3.1米/小时)。他们成功地部分绕过的问题通过应用两步共吸附解吸:第一次水洗筛选了一半的吸附碳水化合物和只有14%的个人电脑,而丰富的电脑恢复了一部分乙醇。

初步描述PC /鳕鱼提取获得的统帅权与树脂OMW XAD16表示,(i)碳水化合物浓度OMW减少从23到7 g / L,而蛋白质是完全吸附;(二)在产品,眠nonphenolic鳕鱼是由碳水化合物(84%)和蛋白质(16%);(3)提取物的抗氧化能力的初步评估的特点是0.08 - -0.10 PC质量分数导致相当高的抗氧化能力(20 - 25毫米抗坏血酸当量)47]。

可能需要进一步净化步骤和设计被应用到眠产品依赖于规范要求。不同的净化技术可以应用于分离nonphenolic鳕鱼,从而获得PC-rich产品。几种膜技术可以应用于集中电脑,从蛋白质分开,单独的高分子量从低分子量的电脑60- - - - - -63年]。酪醇等特定高价值个人电脑和hydroxytyrosol也可以恢复的分子指纹吸附过程,特点是使用聚合物与高选择性吸附网站(11,64年,65年]。

最后,在一个经济可行性评估的角度来看,一个重要的参数是树脂生产力,表示为克的个人电脑在每个吸附吸附/解吸周期每公斤干树脂。该参数允许考虑之间的体积密度显著差异XAD16 IRA958 Cl(0.87和0.65公斤/ m³)。如表所示3XAD16生产力翻了一倍,采用长柱。至于IRA958 Cl,在测试IRA1(1.8米,2.8米/小时),这个参数是70%低于XAD2(1.8米,3.1米/小时),尽管类似的操作条件。比较IRA2(1.8米,1.3米/小时)IRA1(1.8米,2.8米/小时),表面速度的一半,一方面导致了生产力的进一步下降60%,但另一方面增加三倍树脂利用率。

4所示。结论

与三个目标中规定的介绍,可以得出以下结论。

()离子交换树脂(IRA67和IRA958 Cl)测试方面的表现比非离子XAD16 PC /鳕鱼选择性和树脂利用率。

()相关的除了OMW vfa的数量也不妨碍PC吸附树脂,表明非竞争性吸附机制。pH值增加从自然价值的测试OMW(4.9)中立不影响电脑XAD16吸附,有利于吸附IRA958 Cl(季铵基团),和有一个负面影响IRA67(叔胺功能化)。

()XAD16突破测试,增加列长度从0.5米到1.8米导致显著改善过程的表现而言,树脂利用率、树脂生产力、PC吸附率,和PC /鳕鱼富集因子。流程模型,基于非平衡吸附的假设,以总传质阻力,证明有能力准确地解释实验曲线在0.5米和1.8米列。

总的来说,连续流PC吸附/解吸过程被证明是一种很有前途的一个OMW维持价格。需要进一步的研究来评估吸附/解吸的循环次数,可以操作相同的树脂负载,优化PC解吸,并执行经济优化的过程。

缩写

OMW:	橄榄油厂废水
PC:	酚类化合物
浓度:	挥发性脂肪酸。

命名法

:	不对称因素,定义为领导之间的比例和尾矿semiwidth峰的峰高的10% (-)
:	液相浓度的化合物(毫克/升)
,:	初始和最终(平衡)电脑集中在液相(OMW)等温线测试()
:	固相(树脂)化合物的浓度()
:	最后(平衡)电脑集中在固相(树脂)等温线测试()
:	等效扩散系数(m2/秒)
:	填料粒子的平均尺寸(米)
HETP:	相当于一个理论塔板高度,在填充柱(m)
HETP /:	减少了相当于理论塔板高度,在填充柱(-)
:	化合物的吸附常数,定义为的线性部分的斜率等温线()
:	指液体体积传质系数(1 / s)
:	大量的化合物美联储列到断点(毫克)
:	大量的化合物吸附树脂的断点(毫克)
:	质量等温线干树脂的研究()
:	理论板数的列包装(-)
:	体积流量通过列(m3/秒)
:	吸附柱体积的组件(树脂或砂)(m3)
:	OMW体积添加到固体和最终液体体积的总和所产生的水的添加OMWs和最初活性树脂中包含的等温线测试(左)
:	间质速度(米/秒)
:	表面速度,计算(/列部分)和等于(米/秒)
:	化合物的吸附率,计算在批处理测试和在突破测试(-)
:	解吸率的复合在一个突破测试中,定义为(-)
:	纵向弥散性(m)
:	有效孔隙度的组件(树脂或砂)(-)
:	树脂利用率(-)
:	树脂体积密度(公斤/ L)。

数据访问

本文的数据集已经发表在AMS Acta机构研究库(https://amsacta.unibo.it/)[66年]。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

项目cofunding由欧盟委员会授予协议号。311933 (Water4Crops项目,7日FP)和688320 (MADFORWATER项目,H2020)承认。作者要感谢卢西奥Donati和阿尔贝托Filetti实验工作的支持。Ankita Kaushik承认美国生物技术、科学技术部,印度政府,支持交流访问项目资助下BT / 2012年/欧盟/ 06 spw /。

补充材料

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