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国际化学工程杂志》上/2019年/文章

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体积 2019年 |文章的ID 9346038 | https://doi.org/10.1155/2019/9346038

破Lal Pal,辛格Shourabh Raghuwanshi Kanti Kumar Athankar Ashwani Kumar拉索尔教授, ”评价分布之间的琥珀酸二元阶段系统与生物柴油+N,N-Dioctyloctan-1-amine”,国际化学工程杂志》上, 卷。2019年, 文章的ID9346038, 6 页面, 2019年。 https://doi.org/10.1155/2019/9346038

评价分布之间的琥珀酸二元阶段系统与生物柴油+N,N-Dioctyloctan-1-amine

破Lal朋友,1 辛格Shourabh Raghuwanshi,1 Kanti Kumar Athankar,2,3 和 Ashwani Kumar拉索尔教授1

1化学工程学系Maulana Azad技术研究所462003年博帕尔,印度国会议员

2化学和生化工程系,学院化学和食品技术,斯洛伐克科技大学,伯拉第斯拉瓦812年37岁Radlinskeho 9日斯洛伐克

3化学工程系,IPS学院工程与科学研究所452012年印多尔,MP,印度

学术编辑器:莫里吉奥Volpe
收到了 2018年11月29日
修改后的 2019年4月24日
接受 2019年5月29日
发表 2019年6月18日

文摘

本研究的目的是使用的一个最有前途的方法称为活性提取从水溶液中提取琥珀酸通过使用N,N-dioctyloctan-1-amine在生物柴油稀释剂制成的向日葵油、米糠油、芝麻油、karanji油。提取研究的结果与稀释剂(物理)显示无法恢复任何酸。在活性萃取,有机相提取功率仅取决于三倍n-octylamine。分布系数的范围发现作为向日葵油生物柴油7.62 - -18.12,8.33 - -17.45为米糠油生物柴油,对芝麻油生物柴油7.0 - -17.67,9.85 - -21.36 karanji油生物柴油。加载率的范围是0.1 - -3.0的向日葵油生物柴油,对米糠油生物柴油0.1 - -2.9,0.2 - -2.9对于以芝麻油为原料的生物柴油,-2.9和0.1 karanji油生物柴油。karanji和向日葵油显示高值分布系数(KD)对米糠油和麻油可能由于存在两个甜的和特殊的脂肪酸。结果表明,生命产生的稀释剂N,N-dioctyloctan-1-amine萃取剂形成无毒和可行的选择二进制相中的琥珀酸的提取系统。

1。介绍

相当大的关注的是这些天,微生物生产琥珀酸等有机酸不仅从可持续发展的角度,也从这些酸的生产可以成为商业竞争使用石油原料与生产方法。目前,生产率低是由于产物抑制发酵肉汤。昂贵和复杂的分离过程是在琥珀酸生产的商业化严重阻碍廉价的生物质。需要保持最佳浓度的最终产品,避免产品抑制原位提取到商业化生产琥珀酸。几种类型的分离方法如吸附、蒸馏、结晶,和膜过程研究,建模,描述(1]。原位提取这些酸的活性萃取似乎是一个可行的选择,因为它可以消除产物抑制的问题。然而,使用的萃取剂对微生物有毒,所以必须在无毒稀释剂稀释酸原位恢复[2]。目前,琥珀酸是由使用丁烷通过马来酸酐的行业。琥珀酸也可以产生丰富的生物质发酵生产生物可降解塑料和涂料(3]。它被用作化学中间体,在医药、涂料的生产,使香水酯。它也被运用于可食用物质作为螯合剂,缓冲区,和中和剂4]。琥珀酸的溶解性低的有机溶剂,所以它的提取需要胺或有机磷化合物作为更高的萃取剂萃取效率(5,6]。琥珀酸的去除使用疏水有机相组成的三级胺溶解在有机溶剂已被几位研究人员在调查中7- - - - - -13]。最近,羧酸与离子液体的萃取和加压二氧化碳也获得相当大的重要性是因为无毒性和易于操作14- - - - - -25]。

反应萃取可以等工业上可行的萃取剂与传统胺和磷的化合物只有当他们与廉价无毒植物油混合。最近,许多研究人员探索新的可能性(26- - - - - -35]。最近,生物柴油作为提取溶剂移除成功采用芳香族化合物废水和植物油的生物柴油有很高的flash点所以酸可以通过蒸馏分离36]。目前生物柴油的吸收能力以及检查工作N,N-dioctyloctan-1-amine作为萃取剂琥珀酸的分布之间的二进制相位系统。

2。材料和实验方法

2.1。化学物质

琥珀酸和N,N-dioctyloctan-1-amine也被称为三倍n-octylamine (TOA)获得Sisco研究实验室pvt Ltd .)孟买。这些化学物质被使用前未经纯化。生物柴油的向日葵油、米糠油、芝麻油,和karanji石油从当地的供应商购买的博帕尔及其属性如表所示1。酚酞溶液作为指示器,0.1 N草酸溶液用于标准化的氢氧化钠。氢氧化钠是用来确定相分离后的水相酸浓度。
属性 葵花油生物柴油 米糠油生物柴油 芝麻油生物柴油 Karanji油生物柴油
密度(公斤/米3) 887.0 885.0 885.0 883.0
粘度在25°C (m2/秒) 7.0 8.0 8.0 8.0
闪点(PMCC) (°C) 145年 130年 140年 140年
酸值(mg KOH / g) 0.5 0.5 0.5 0.5
表1
生物柴油油用作稀释剂的性质。
2.2。实验装置和程序使用

原液1 mol / L琥珀酸溶解在去离子水制备琥珀酸的118.09 g (diprotic酸)在标准量瓶及其浓度计算用0.1 N氢氧化钠溶液滴定(尽管琥珀可视为主要标准)。琥珀酸的浓度在批处理和厌氧发酵接近55 g / L (1,7,8),所以1 M的解决方案是作为股票的解决方案和所需的稀释浓度被稀释股票准备与去离子水的解决方案。的浓度N,N-dioctyloctan-1-amine稀释剂的生物柴油是不同的从10到30%。同等体积的水和有机相,即。,10 mL, was taken in a 100 mL conical flask and shaken in an orbital incubator (Metrex Scientific Instruments Pvt. Ltd., Delhi) at 298 ± 1 K for 12 hours to attain equilibrium. After achieving equilibrium, both phases were separated by centrifuging the mixed phase at 6000 RPM for 10 minutes in a centrifuge (REMI R-24, Mumbai). Samples of the aqueous phase were analysed for succinic acid by titration against standardized NaOH, and the acid concentration in organic phase was determined through mass balance. The reproducibility of the data was also checked and found to be within ±3%.

3所示。反应萃取理论

3.1。萃取平衡

疲软的水溶液中游离羧酸一般不会当溶液的pH值小于pK一个酸(2]。以下方程描述了羧酸与TOA的强烈反应萃取剂导致acid-amine聚集的形成:

通过应用质量作用定律,萃取平衡常数(KE)反映了萃取剂之间的相互作用和提取的物种根据以下方程: (公顷)aq和(公顷)org代表琥珀酸的浓度在水和有机相,分别(TOA)org受到三n-octylamine浓度的有机相,(HA)·(TOA)p]org代表之间的复杂的琥珀酸和有机相萃取剂。平衡常数,KE酸,取决于属性和溶剂化作用(溶解能力)使用的稀释剂。在pH值低于pK一个,一种酸主要存在于未离解的形式,因此提取效率(%E)可以计算的分布系数(KD),

3.2。加载率

加载率(有机相的负载的程度(萃取剂+稀释剂)与羧酸)下面

萃取剂之间形成复合物的性质和酸值可以预测的加载率。各种类型的酸和萃取剂之间形成复合物,可以是1:1,2:1,,3:1和依赖的价值观Z。低的值Z1:1的< 0.5,一个复杂的形成。为更高的价值Z> 0.5,1:2和1:3 TOA-acid聚集形成。

4所示。结果与讨论

琥珀酸的物理萃取的研究表明,生物柴油作为稀释剂无法提取酸水相。因此,化学萃取试验使用TOA(10 - 30%)在所有四个生物柴油稀释剂进行了建立萃取剂对萃取过程的影响。提取效率(%E),分配系数(KD),加载率(Z),所有四个稀释剂都列在下表中2- - - - - -5。显著提高提取效率随着三四个生物柴油稀释剂n-octylamine被发现。
TOA (vol. %) (公顷)o(摩尔/升) (公顷)aq(摩尔/升) (公顷)org(摩尔/升) KD KD, avg E(%) Eavg(%) Z
10 0.1 0.01 0.09 7.62 12.38 79.21 89.75 0.4
10 0.3 0.02 0.28 11.92 92.30 1.2
10 0.5 0.03 0.47 14.13 93.44 2.0
10 0.7 0.04 0.66 15.86 94.08 3所示。0
20. 0.1 0.01 0.09 8.74 13.79 89.80 92.87 0.2
20. 0.3 0.02 0.28 13.61 93.17 0.6
20. 0.5 0.03 0.47 15.97 94.12 1.0
20. 0.7 0.04 0.66 16.82 94.39 1.4
30. 0.1 0.00 0.09 11.45 15.49 91.99 93.77 0.1
30. 0.3 0.02 0.28 15.00 93.75 0.4
30. 0.5 0.03 0.47 17.36 94.55 0.7
30. 0.7 0.04 0.66 18.12 94.79 0.9
表2
萃取平衡结果琥珀酸和TOA葵花油生物柴油在298 K。
TOA (vol. %) (公顷)o(摩尔/升) (公顷)aq(摩尔/升) (公顷)org(摩尔/升) KD KD, avg E(%) Eavg(%) Z
10 0.1 0.01 0.09 8.33 12.22 89.35 92.06 0.4
10 0.3 0.03 0.27 10.79 91.53 1.2
10 0.5 0.03 0.47 13.54 93.17 2.0
10 0.7 0.04 0.66 16.23 94.21 2.9
20. 0.1 0.00 0.09 9.67 13.79 90.65 92.99 0.2
20. 0.3 0.02 0.28 13.00 92.89 0.6
20. 0.5 0.03 0.47 15.47 93.95 1.0
20. 0.7 0.03 0.66 17.02 94.49 1.5
30. 0.1 0.00 0.09 12.19 15.24 92.41 93.72 0.1
30. 0.3 0.02 0.28 14.27 93.45 0.5
30. 0.5 0.02 0.47 17.07 94.46 0.7
30. 0.7 0.03 0.66 17.45 94.57 0.9
表3
萃取平衡结果琥珀酸和TOA米糠油生物柴油在298 K。
TOA (vol. %) (公顷)o(摩尔/升) (公顷)aq(摩尔/升) (公顷)org(摩尔/升) KD KD, avg E(%) Eavg(%) Z
10 0.1 0.01 0.09 7.00 11.51 87.50 91.41 0.4
10 0.3 0.03 0.27 10.39 91.22 1.2
10 0.5 0.04 0.46 13.18 92.95 2.0
10 0.7 0.04 0.66 15.50 93.99 2.9
20. 0.1 0.01 0.09 8.33 13.47 89.35 92.69 0.2
20. 0.3 0.02 0.28 13.94 93.30 0.6
20. 0.5 0.03 0.47 15.00 93.78 1.0
20. 0.7 0.04 0.66 16.62 94.34 1.5
30. 0.1 0.01 0.09 10.79 15.33 91.53 93.68 0.2
30. 0.3 0.02 0.28 15.80 94.08 0.5
30. 0.5 0.03 0.47 17.07 94.46 0.7
30. 0.7 0.04 0.66 17.67 94.65 0.9
表4
萃取平衡结果琥珀酸和TOA芝麻油生物柴油在298 K。
TOA (vol. %) (公顷)o(摩尔/升) (公顷)aq(摩尔/升) (公顷)org(摩尔/升) KD KD, avg E(%) Eavg(%) Z
10 0.1 0.01 0.09 9.85 10.42 90.78 91.26 0.4
10 0.3 0.03 0.27 10.07 91.00 1.2
10 0.5 0.04 0.46 10.53 91.38 2.0
10 0.7 0.06 0.64 11.23 91.90 2.9
20. 0.1 0.01 0.09 12.51 13.88 92.59 93.23 0.2
20. 0.3 0.02 0.28 12.72 92.78 0.6
20. 0.5 0.03 0.47 13.44 93.13 1.0
20. 0.7 0.04 0.67 16.88 94.45 1.4
30. 0.1 0.01 0.09 14.10 17.71 93.41 94.56 0.1
30. 0.3 0.02 0.29 16.43 94.27 0.4
30. 0.5 0.01 0.48 18.96 95.03 0.7
30. 0.7 0.03 0.67 21.36 95.54 0.9
表5
萃取平衡结果琥珀酸和TOA karanji油生物柴油在298 K。
4.1。琥珀酸浓度对分配系数的影响,KD

表2- - - - - -5显示分配系数的估计价值的化学萃取的TOA四稀释剂对各种酸浓度0.1 - -0.7 (mol / L)。这是观察到的值分布系数随初始浓度的增加的琥珀酸稀释剂可能是由于限制因素的琥珀酸低初始酸浓度在所有四个病例。

4.2。三倍的效果n-octylamine浓度分布系数,KD,和提取效率,%E

稀释剂的加入减少萃取剂的毒性,提高萃取剂的物理性质,增加的溶解效率acid-extractant复杂。分配系数的值取决于类型的稀释剂和萃取剂的浓度稀释剂。TOA对分配系数的影响如表所示2- - - - - -5。的范围KD, avg对葵花籽油生物柴油12.38 - -15.49,12.22 - -15.24为米糠油生物柴油,11.51 - -15.33芝麻油生物柴油,-17.71和10.42 karanji油生物柴油。同样,萃取效率的平均值,Eavg葵花油生物柴油的89.75 - -93.77%,-93.72% - 92.06米糠油生物柴油,对芝麻油生物柴油91.41 - -93.68%,-94.56% - 91.26 karanji石油柴油。观察到分布系数的增加而增加TOA浓度从10%到30%在一个固定的琥珀酸的浓度。萃取剂浓度的增加不是重要的关于增加由于少溶剂化作用的复杂的稀释剂(非极性)或可能是由于快速的粘度增加系统如图1- - - - - -3由于增加更多的萃取剂。与天然油脂提取的文献综述表明,蓖麻油的性能优于葵花油由于特殊脂肪酸的存在。比例更高的存在特殊脂肪酸karanji油负责其萃取效率高与葵花油相比,米糠油,香油脂肪酸(37,38]。


图1
使用10% TOA为琥珀酸活性萃取平衡。

图2
使用20% TOA为琥珀酸活性萃取平衡。

图3
使用30% TOA为琥珀酸活性萃取平衡。
4.3。三倍的效果n-octylamine集中荷载比,Z

表2- - - - - -5描述加载值降低的TOA浓度增加所有的琥珀酸浓度四个稀释剂。加载率不仅与增加减少萃取剂浓度在所有四个稀释剂,还加载率的值相对较高,也就是说,Z< 0.5 TOA较低浓度高初始酸浓度。更高的复合物的形成可能是由于TOA的浓度较低。这些结果是一致的发现马蒂(34对甲酸)。此外,马蒂(34)提取的结果相比,甲酸使用阿拉明336年的葵花油和阿拉明辛醇系统。加载的值比(Z)减少阿拉明浓度的增加,初始浓度较高,经常的值Z大于0.5,表明alamine-acid聚集的形成(34]。

5。结论

琥珀酸的提取使用TOA和生物柴油的向日葵油、米糠油、芝麻油、karanji油生物柴油作为稀释剂进行了研究。TOA也是粘性和有毒(这是防止其使用原位恢复),这是与生物柴油混合制成的向日葵油、米糠油、芝麻油、karanji油具有低粘度和毒性。分配系数,提取的程度,加载率测定。加载比例超过被发现Z> 0.5在大多数情况下0.1 - -3.0的向日葵油生物柴油,对米糠油生物柴油0.1 - -2.9,0.2 - -2.9对于以芝麻油为原料的生物柴油,分别为-2.9和0.1 karanji石油柴油。因此,更高的琥珀acid-TOA复杂公式成立于所有的稀释剂。的范围KD7.62 - -18.12,8.33 - -17.45,7.00 - -17.67,-21.36和9.85向日葵油生物柴油、米糠油生物柴油,芝麻油生物柴油,分别和karanji油生物柴油。提取效率是向日葵油生物柴油的79.21 - -94.79%,-94.57% - 89.35米糠油生物柴油,对芝麻油生物柴油87.50 - -94.65%,-95.54% - 90.78为karanji油生物柴油。所有的稀释剂提供一个更好的选择oxygen-based石油化合物在琥珀酸的提取、和karanji油生物柴油是其中最好的。

数据可用性

共享数据的实验验证的结果根据要求通讯作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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