全 文 ：第 １３卷第 １期
２０１４年 １月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １３ Ｎｏ􀆰 １
Ｊａｎ􀆰 ２０１５
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１５􀆰 ０１􀆰 ０１１
收稿日期：２０１３－１２－２３
基金项目：国家杰出青年基金（２１０２５６２５）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）（２０１２ＡＡ０２１２０２）；国家重点基础研究发展计划（９７３）（２０１１ＣＢＡ００８０６）；国
家自然科学基金青年基金（２１１０６０７０）；长江学者和创新发展计划（ＰＣＳＩＲＴ）；江苏省高校优势学科建设工程（ＰＡＰＤ）
作者简介：吴　 建（１９８７—），男，江苏淮安人，硕士研究生，研究方向：生物分离；应汉杰（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｈａｎｊｉｅ＠ ｎｊｔｅｃｈ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ
Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的
吸附热力学及动力学
吴　 建，吴菁岚，庄　 伟，应汉杰
（南京工业大学 生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心，江苏 南京 ２１１８００）
摘　 要：对 Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的吸附热力学和动力学进行研究。 考察 ｐＨ 对 Ｄ 乳酸吸附的
影响，Ｄ 乳酸的吸附量随 ｐＨ的升高而降低，最佳 ｐＨ为 ２􀆰 １。 采用静态吸附法测定温度 ２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５和 ３３３􀆰 １５
Ｋ下 Ｄ 乳酸的吸附等温线，并采用 Ｌａｎｇｍｕｉｒ和 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温线方程对实验数据进行拟合，其中 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 方程
的拟合效果较好，相关系数 Ｒ２＞０􀆰 ９９。 树脂 ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸的吸附量为 ０􀆰 １４６ ５ ｇ ／ ｇ（ρｅ ＝ １０２ ｇ ／ Ｌ，３３３􀆰 １５ Ｋ），比
大孔吸附树脂 Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ１６００高出 １１％。 计算得到的吉布斯自由能变 ΔＧ和等量吸附焓变 ΔＨ均小于零，说明
Ｄ 乳酸在 ＨＤ ０１上的吸附是自发进行的放热过程。 测定了不同温度下 Ｄ 乳酸在树脂上的吸附动力学，实验结
果表明，吸附动力学曲线符合准一阶速率方程。 Ｄ 乳酸在树脂上的传质速率随温度的升高而增大，２９３􀆰 １５ Ｋ达到
吸附平衡只需 １０ ｍｉｎ。
关键词：Ｄ 乳酸；超高交联树脂；吸附；热力学；动力学
中图分类号：ＴＱ０２８　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０１－００６０－０８
Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ
ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｈｙｐｅｒ⁃ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１
ＷＵ Ｊｉａｎ，ＷＵ Ｊｉｎｇｌａｎ，ＺＨＵＡＮＧ Ｗｅｉ，ＹＩＮＧ Ｈａｎｊｉｅ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ
Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｈｙｐｅｒ⁃ｃｒｏｓｓ⁃
ｌｉｎｋｅｄ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ􀆰 Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ
ｐＨ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐＨ ｗａｓ ２􀆰 １􀆰 Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ
ｂｅｔｗｅｅｎ ２９３􀆰 １５，３１３􀆰 １５ ａｎｄ ３３３􀆰 １５ Ｋ􀆰 Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｗｅｌｌ ｆｉｔｔｅｄ ｂｙ Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ｉｓｏｔｈｅｒｍ
ｍｏｄｅｌ （Ｒ２＞０􀆰 ９９）􀆰 Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１ ｗａｓ ０􀆰 １４６ ５ ｇ ／ ｇ （ρｅ ＝ １０２
ｇ ／ Ｌ，３３３􀆰 １５ Ｋ）， １１％ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｓｉｎ Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ⁃１６００􀆰 Ｔｈｅ
ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｉｂｂｓ ｆｒｅｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ｅｎｔｈａｌｐｙ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｗｅｒｅ
ｎｅｇａｔｉｖｅ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１ ｗａｓ ａ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ａｎｄ
ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ􀆰 Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｃａｙ ｃｕｒｖｅｓ ｃａｎ
ｂｅ ｗｅｌｌ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｓｅｕｄｏ⁃ｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒ ｒａｔｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ􀆰 Ｔｈｅ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒａｔｅ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ
ＨＤ⁃０１ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ􀆰 Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｗａｓ
ｒｅａｃｈｅｄ ｗｉｔｈｉｎ １０ ｍｉｎｕｔｅｓ ａｔ ２９３􀆰 １５ Ｋ􀆰
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ；ｈｙｐｅｒ⁃ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄ ｒｅｓｉｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ；ｋｉｎｅｔｉｃ
　 　 乳酸（ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ），又称 ２ 羟基丙酸，是广泛存
在于自然界中的一种有机酸。 由于乳酸分子中含
有一个手性碳原子，因此存在 ２种对应异构体形式，
分别为 Ｄ 乳酸和 Ｌ 乳酸［１］。 其中，Ｄ 乳酸作为
多种手性物质的合成前体，被广泛应用于医药、农
药和化工等领域的手性合成。 此外，Ｄ 乳酸还可提
高聚乳酸材料的热稳定性［２］。
目前，Ｌ 乳酸的分离提取方法主要有钙盐法［３］、
电渗析法［４］、膜分离法［５］、溶剂萃取法［６］、分子蒸馏
法［７］、离子交换法［８－１０］和吸附法［１１－１２］。 但是关于 Ｄ
乳酸的分离研究鲜有文献报道。 传统的钙盐法具有
工艺繁杂，劳动强度和生产成本大，副产物中含大量
ＣａＳＯ４ 固体废料，产品质量不稳定等缺点。 电渗析法
存在较高的电力和能量消耗，且有大量副产盐类。 膜
分离法中膜的清洗较为困难。 溶剂萃取法使用的萃
取剂具有一定的毒性［１３］。 分子蒸馏法的一次性投资
费用比较大，只能对乳酸产品进行深加工，而不能直
接从发酵液乳酸盐获得乳酸［１４］。 离子交换法由于具
有交换容量大、选择性高等优点而应用于乳酸的分
离。 Ｃａｏ等［８］和 Ｔｏｎｇ等［９］分别采用阴离子交换树脂
Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＡ ４００和 Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＡ ９２来分离 Ｌ
乳酸，但是该方法中使用的离子交换树脂在吸附之后
需要酸、碱进行再生，分离过程中再生剂的用量大，会
产生大量的废水，对环境的污染较大［１０］。 因此，寻找
到一种工艺简单、成本低、效率高的乳酸分离提取方
法将会产生巨大的经济效益。 其中，吸附法具有设计
操作简单、吸附量高、吸附速率良好、易再生、成本低
及避免使用有毒试剂等优点［１５］。
本文采用吸附法来分离 Ｄ 乳酸，并从一批具有
不同理化性质的吸附树脂中筛选出一种对Ｄ 乳酸吸
附容量高，吸附速率快的吸附剂（微孔超高交联树脂
ＨＤ ０１）。 主要研究了 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１ 上
的吸附热力学和动力学，考察 ｐＨ对树脂 ＨＤ ０１吸
附Ｄ 乳酸的影响，确定合适的吸附条件，以期为后
续的柱分离实验提供基础数据。
１　 材料与方法
１􀆰 １　 实验材料和仪器
Ｄ 乳酸（质量分数 ９２％），盐城华德生物工程
有限公司；微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１（弱极性树
脂，其物理化学性质详见文献［１６］）、大孔吸附树脂
（型号分别为 ＫＡ １、ＫＡ ２、ＡＭ １、ＭＲ １ 和
ＭＲ ２），南京工业大学国家生化工程技术研究中
心；高效液相色谱（ＨＰＬＣ，１２００系列），安捷伦公司；
ＨＹＧ Ａ 型全温摇瓶柜，太仓市实验设备厂；
Ｍｅｔｒｏｈｍ ８４８ Ｔｉｔｒｉｎｏ ｐｌｕｓ自动 ｐＨ 滴定仪，瑞士万通
公司；ＲＷ２０􀆰 ｎ 型搅拌器，德国 ＩＫＡ 公司；ＲＥ ５０１
型恒温水浴锅，南京文尔仪器设备有限公司。
１􀆰 ２　 实验方法
１􀆰 ２􀆰 １　 Ｄ 乳酸的 ＨＰＬＣ检测
采用高效液相色谱法对 Ｄ 乳酸的浓度进行检
测。 检测器为示差折光检测器，色谱柱为 Ｂｉｏ⁃Ｒａｄ
公司 Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ ８７ 离子排斥色谱柱（３００ ｍｍ×
７􀆰 ８ ｍｍ，９ μｍ）；流动相为 ５ ｍｍｏｌ ／ Ｌ的 Ｈ２ＳＯ４溶液，
流速为 ０􀆰 ６ ｍＬ ／ ｍｉｎ，柱温为 ３２８􀆰 １５ Ｋ，进样量为
２０ μＬ。
１􀆰 ２􀆰 ２　 Ｄ 乳酸解离常数的测定
Ｄ 乳酸的解离常数通过自动 ｐＨ 滴定仪测定。
取 ５０ ｍＬ 质量浓度为 ８ ｇ ／ Ｌ 的 Ｄ 乳酸溶液于 １５０
ｍＬ 烧杯中，使用 ０􀆰 １ ｍｏｌ ／ Ｌ 的 ＮａＯＨ 溶液在 ２００
ｒ ／ ｍｉｎ的搅拌转速下对 Ｄ 乳酸溶液进行滴定。 以
ＮａＯＨ溶液的滴定体积为横坐标，溶液的 ｐＨ为纵坐
标作图，绘制滴定曲线，求得 Ｄ 乳酸的解离常
数 ｐＫａ。
１􀆰 ２􀆰 ３　 吸附树脂的筛选
选取的分离介质为超高交联树脂（ＨＤ ０１）和
大孔吸附树脂（ＫＡ １、ＫＡ ２、ＡＭ １、ＭＲ １ 和
ＭＲ ２，前 ３种为非极性吸附树脂，后 ２ 种为极性吸
附树脂）。 考察不同型号的树脂对 Ｄ 乳酸的吸附
量，筛选出最适于 Ｄ 乳酸吸附的分离介质。
分别称取 ２ ｇ 不同型号的吸附树脂于若干 １００
ｍＬ三角瓶中，向三角瓶中各加入 ２５ ｍＬ初始质量浓
度均为 ５４􀆰 ２８ ｇ ／ Ｌ 的 Ｄ 乳酸溶液。 将三角瓶放于
２９３􀆰 １５ Ｋ的全温摇瓶柜中振荡吸附 １２ ｈ，转速设为
１５０ ｒ ／ ｍｉｎ，吸附平衡后，测定 Ｄ 乳酸的平衡浓度，
按式（１）计算 Ｄ 乳酸的平衡吸附量。
ｑｅ ＝
（ρ０ － ρｅ）
ｍ
Ｖ （１）
１６　 第 １期 吴　 建等：Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的吸附热力学及动力学
式中：ｑｅ 为平衡吸附量（ｇ ／ ｇ）；ρ０ 为 Ｄ 乳酸溶液的
初始质量浓度（ｇ ／ Ｌ）；ρｅ为 Ｄ 乳酸溶液的吸附平衡
质量浓度（ｇ ／ Ｌ）；Ｖ为溶液的体积（ｍＬ）；ｍ为树脂的
质量（ｇ）。
１􀆰 ２􀆰 ４　 ｐＨ对 Ｄ 乳酸吸附的影响
称取 ２ ｇ ＨＤ ０１ 树脂于若干 １００ ｍＬ 三角瓶
中，分别加入 ２５ ｍＬ 初始质量浓度均为 ５２􀆰 １６ ｇ ／ Ｌ、
不同 ｐＨ的 Ｄ 乳酸溶液。 使用 Ｈ２ ＳＯ４或 ＮａＯＨ 溶
液调节 Ｄ 乳酸溶液的 ｐＨ分别为 １􀆰 ０２、１􀆰 ５１、２􀆰 ０８、
３􀆰 ０１、４􀆰 ０５、５􀆰 ０３、６􀆰 ０２ 和 ７􀆰 ０４，（未经 ｐＨ 调节的
Ｄ 乳酸溶液初始 ｐＨ为 ２􀆰 ０８）。 将三角瓶放置于温
度为 ２９３􀆰 １５ Ｋ 的全温摇瓶柜中，转速设定为 １５０
ｒ ／ ｍｉｎ，振荡吸附 １２ ｈ，吸附平衡后，测定 Ｄ 乳酸溶
液的平衡浓度，根据式（１）计算不同 ｐＨ下的平衡吸
附量。
１􀆰 ２􀆰 ５　 Ｄ 乳酸吸附等温线的测定
吸附 等 温 线 分 别 在 ２９３􀆰 １５、 ３１３􀆰 １５ 和
３３３􀆰 １５ Ｋ 下测定。 准确称取 ２ ｇ ＨＤ ０１ 树脂于
若干 １００ ｍＬ 三角瓶中，分别向三角瓶中加入 ２５
ｍＬ 初始质量浓度为 ３０、５０、７０、９０、１１０、１３０ 和
１５０ ｇ ／ Ｌ 的 Ｄ 乳酸溶液，放置于全温摇瓶柜中，
在不同温度下进行静态吸附实验。 在 １５０ ｒ ／ ｍｉｎ
的转速下振荡吸附 １２ ｈ，吸附平衡后，分别测定
不同条件下 Ｄ 乳酸的吸附平衡浓度，按式（１）计
算 Ｄ 乳酸的平衡吸附量，绘制不同温度下的吸
附等温线。
１􀆰 ２􀆰 ６　 Ｄ 乳酸吸附动力学的测定
吸附动力学实验分别在 ２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５ 和
３３３􀆰 １５ Ｋ 下进行。 将 ５００ ｍＬ 质量浓度为 ５０􀆰 ９２
ｇ ／ Ｌ的 Ｄ 乳酸溶液加入 １ ０００ ｍＬ 三颈圆底烧瓶
中，并放置于恒温水浴锅中加热至所需的实验温
度。 加入 ２５ ｇ ＨＤ ０１ 树脂于 Ｄ 乳酸溶液中，搅
拌转速为 １５０ ｒ ／ ｍｉｎ，进行吸附动力学实验。 对不
同时刻溶液中 Ｄ 乳酸的浓度进行检测，直至 Ｄ
乳酸达到吸附平衡。 以时间为横坐标，不同时刻
的吸附量为纵坐标，绘制吸附动力学曲线，研究温
度对 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１ 上吸附速率和吸附量
的影响。 不同时刻 Ｄ 乳酸的吸附量按式 （ ２）
计算。
ｑｔ ＝
（ρ０ － ρｔ）Ｖ
ｍ
（２）
式中：ｑｔ 为 ｔ时刻 Ｄ 乳酸的吸附量（ｇ ／ ｇ）；ρｔ 为 ｔ时
刻 Ｄ 乳酸溶液的质量浓度（ｇ ／ Ｌ）。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 Ｄ 乳酸解离常数的测定和解离曲线的绘制
Ｄ 乳酸是一元弱酸，在水溶液中以 Ｄ 乳酸分
子和 Ｄ 乳酸根离子的形式存在，Ｄ 乳酸的解离平
衡方程式如式（３）所示。
ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯＨ → ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯ
－ ＋ Ｈ ＋ （３）
通过 Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ⁃Ｈａｓｓｅｌｂａｌｃｈ 方程可得 Ｄ 乳酸的解
离常数 Ｋａ，见式（４）。
Ｋａ ＝
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯ
－）ｃ（Ｈ ＋）
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯＨ）
（４）
两侧取对数后，得
ｌｇ Ｋａ ＝ ｌｇ ｃ（Ｈ
＋） ＋ ｌｇ
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯ
－）
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯＨ）
（５）
乳酸的 ｐＫａ 与溶液的 ｐＨ之间的关系见式（６）。
ｐＨ － ｐＫａ ＝ ｌｇ
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯ
－）
ｃ（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＯＯＨ）
（６）
由式（６）可知，当 Ｄ 乳酸分子有一半解离，即一半
以 Ｄ 乳酸根离子形式存在时，此时溶液的 ｐＨ即为
Ｄ 乳酸的解离常数 ｐＫａ。
Ｄ 乳酸的滴定曲线如图 １所示。
图 １　 Ｄ 乳酸的碱滴定曲线
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ａｌｋａｌｉｍｅｔｒｉｃ ｔｉｔｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ
Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ
从图 １可以看出，８ ｇ ／ Ｌ Ｄ 乳酸的滴定终点在
３９􀆰 ８３ ｍＬ，此时 Ｄ 乳酸完全解离。 在滴定终点体
积的一半处（２０􀆰 １８ ｍＬ），溶液的 ｐＨ 为 ３􀆰 ７７，即 Ｄ
乳酸的解离常数 ｐＫａ。 本实验测得 ｐＫａ（３􀆰 ７７）与文
献报道［８］的乳酸 ｐＫａ（３􀆰 ８６）相符。
由式（６）计算可得 Ｄ 乳酸分子和 Ｄ 乳酸根离
子的分配系数，获得不同 ｐＨ 下 Ｄ 乳酸的解离曲
线，见图 ２。
由图 ２可知，ｐＨ影响 Ｄ 乳酸的解离程度。 在 ｐＨ
小于 ２的情况下，Ｄ 乳酸大部分以分子形式存在。 当
２６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
图 ２　 Ｄ 乳酸的解离曲线（左）和 ｐＨ对 Ｄ 乳酸在
ＨＤ ０１树脂上吸附量的影响（右）
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ （ ｌｅｆｔ） ａｎｄ
ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐＨ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ
Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ＨＤ⁃０１ ｒｅｓｉｎ （ｒｉｇｈｔ）
ｐＨ大于 ２时，随着 ｐＨ的升高，Ｄ 乳酸离子的分配系数
变大。 当 ｐＨ大于 ６时，Ｄ 乳酸基本以离子形式存在。
２􀆰 ２　 Ｄ 乳酸最佳分离介质的筛选
考察不同吸附树脂对 Ｄ 乳酸的吸附情况，结
果见图 ３。
图 ３　 不同树脂对 Ｄ 乳酸吸附量的影响
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｉｎｓ ｏｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ
由图 ３可知，超高交联树脂 ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸
的吸附量最大。 大孔吸附树脂 （ ＫＡ １、ＫＡ ２、
ＡＭ １、ＭＲ １和 ＭＲ ２）对 Ｄ 乳酸的吸附量均低
于超高交联树脂 ＨＤ ０１。 这是由于 ＨＤ ０１ 树脂
是具有弱极性的微孔树脂，Ｄ 乳酸溶液能与树脂的
内表面紧密地接触，通过疏水作用力从而被吸附。
该树脂的比表面积［１６］很大（１ ６４５􀆰 ５ ｍ２ ／ ｇ），是常规
大孔吸附树脂比表面积（４５０～ ７００ ｍ２ ／ ｇ）的 ２ 倍多，
能提供更多的吸附位点。 因此，以下实验均采用微
孔超高交联树脂 ＨＤ ０１来分离提取 Ｄ 乳酸。
２􀆰 ３　 ｐＨ对 Ｄ 乳酸吸附的影响
从图 ２可以看出，ｐＨ 对 Ｄ 乳酸在微孔超高交
联树脂 ＨＤ ０１ 上的吸附量有显著的影响。 在 ｐＨ
为 ２􀆰 ０８时（未经 ｐＨ调节），ＨＤ ０１树脂对 Ｄ 乳酸
的平衡吸附量达到最大值（０􀆰 １２１ ４ ｇ ／ ｇ）。 当 ｐＨ小
于 ２􀆰 ０８时，随着 ｐＨ 的降低，ＨＤ ０１ 树脂对 Ｄ 乳
酸的平衡吸附量几乎不变，与 ｐＨ 为 ２􀆰 ０８ 时的吸附
量基本一致。 但是，当 ｐＨ大于 ２􀆰 ０８ 时，随着 ｐＨ的
升高，ＨＤ ０１树脂对 Ｄ 乳酸的平衡吸附量逐渐降
低。 在 ｐＨ 为 ７􀆰 ０４ 时，树脂对 Ｄ 乳酸几乎不产生
吸附作用。 这可能是当 ｐＨ 小于或者等于 ２􀆰 ０８ 时，
Ｄ 乳酸大部分以分子形式存在，表明分子形式的
Ｄ 乳酸更有利于树脂的吸附。 而随着 ｐＨ 的升高，
Ｄ 乳酸的解离程度增大，离子态的 Ｄ 乳酸不利于
树脂的吸附［１７］。 Ｄ 乳酸分子在微孔超高交联树脂
ＨＤ ０１ 上的吸附作用力主要为疏水作用力，且其
分子中的羰基与树脂 ＨＤ ０１结构中苯环之间形成
π π共轭，进一步增强了其与树脂之间的吸附亲
和力［１６］。 当 ｐＨ大于 ２􀆰 ０８ 时，Ｄ 乳酸分子中的羧
基解离，从分子形式转变为离子形式，降低了树脂
与Ｄ 乳酸分子之间形成的疏水作用力，从而导致树
脂 ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸的吸附量降低。
因此，在 Ｄ 乳酸的吸附过程中，调节溶液 ｐＨ
为 ２􀆰 １，使 Ｄ 乳酸以分子形式存在，有利于吸附过
程的进行。
２􀆰 ４　 Ｄ 乳酸的吸附等温线
采用 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 和 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 吸附等温模型［１８］
对不同温度下 Ｄ 乳酸的吸附等温线进行拟合。
Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温模型如式（７）所示。
ｑｅ ＝
ｑｍＫＬρｅ
１ ＋ ＫＬρｅ
（７）
式中：ｑｍ 为饱和吸附量（ｇ ／ ｇ）；ＫＬ 为 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 方程
参数（Ｌ ／ ｇ）。
Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温模型如式（８）所示。
ｑｅ ＝ Ｋ ｆρ１ ／ ｎｅ （８）
式中：Ｋｆ 为Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程参数［（ｇ ／ ｇ）（Ｌ ／ ｇ）１／ ｎ］，表示
吸附量的相对大小；ｎ为 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 方程参数。
为了评价模型拟合的效果，采用标准偏差（Δｑ）
来衡量实验值与模型计算值的偏离程度，Δｑ 的计算
见式（９）。
Δｑ ＝
∑ ｑｅｘｐ － ｑｃａｌ( ) ／ ｑｅｘｐ( )
Ｎ － １
（９）
式中：ｑｅｘｐ和 ｑｃａｌ分别为实验值和模型计算值；Ｎ 为实
验点的个数。
３６　 第 １期 吴　 建等：Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的吸附热力学及动力学
通过 Ｌａｎｇｍｕｉｒ和 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温模型对不同温
度下（２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５和 ３３３􀆰 １５ Ｋ），Ｄ 乳酸的吸附
等温实验数据进行拟合，拟合结果见图 ４，相应拟合
参数见表 １。
由表 １可知，Ｌａｎｇｍｕｉｒ 和 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温模型均
能较好地描述不同温度下 Ｄ 乳酸的吸附等温线（相
关系数 Ｒ２ 都大于 ０􀆰 ９９，相对偏差 Δｑ 均小于 ０􀆰 １）。
由于 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温模型的相关系数 Ｒ２ 大于
Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型，相对偏差 Δｑ 值都小于 Ｌａｎｇｍｕｉｒ
等温模型，因此，Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温模型比 Ｌａｎｇｍｕｉｒ 等
温模型更适合描述吸附等温数据。 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温模
型中的 ｎ值反映了吸附剂的不均匀性或吸附反应强
度，由表 １可知，ｎ 值均大于 １，说明 ＨＤ ０１ 树脂对
Ｄ 乳酸的吸附为优惠型吸附［１９］。
表 １　 不同温度下 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１上的 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ和 Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温模型参数
Ｔａｂｌｅ １　 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ａｎｄ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ
ｏｎｔｏ ＨＤ⁃０１ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
Ｔ ／ Ｋ
Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温模型 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温模型
ｑｍ ／
（ｇ·ｇ－１）
ＫＬ ／
（Ｌ·ｇ－１）
Ｒ２ Δｑ Ｋｆ ／ ［（ｇ·ｇ
－１）（Ｌ·ｇ－１） １ ／ ｎ］ ｎ Ｒ２ Δｑ
２９３􀆰 １５ ０􀆰 ４０６ ８ ０􀆰 ００９ ５ ０􀆰 ９９３ ９ ０􀆰 ０５５ ２ ０􀆰 ０１２ ４ １􀆰 ６６９ ５ ０􀆰 ９９７ ８ ０􀆰 ０２１ ２
３１３􀆰 １５ ０􀆰 ３９０ １ ０􀆰 ００８ ４ ０􀆰 ９９６ ８ ０􀆰 ０４３ ７ ０􀆰 ０１０ ０ １􀆰 ６０５ １ ０􀆰 ９９７ ３ ０􀆰 ０２６ ９
３３３􀆰 １５ ０􀆰 ３４０ ２ ０􀆰 ００７ ６ ０􀆰 ９９５ １ ０􀆰 ０４９ ０ ０􀆰 ００７ ７ １􀆰 ５６９ ９ ０􀆰 ９９８ ３ ０􀆰 ０１８ ７
图 ４　 温度对 Ｄ 乳酸在 ＨＤ ０１树脂上的
吸附等温线的影响
Ｆｉｇ􀆰 ４　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍ
ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１
　 　 从图 ４可以看出：随着温度的升高，树脂 ＨＤ
０１对 Ｄ 乳酸的吸附量逐渐降低，说明温度越高越
不利于吸附的进行。 Ｔｈａｎｇ 等［２０］测定了大孔吸附
树脂 Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ１６００在 ３３３􀆰 １５ Ｋ下对乳酸的吸
附容量。 在吸附平衡质量浓度 ρｅ 为 １０２ ｇ ／ Ｌ（发酵
液中 Ｄ 乳酸的浓度）的条件下，微孔超高交联树脂
ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸的吸附量为 ０􀆰 １４６ ５ ｇ ／ ｇ，比大孔
吸附树脂 Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＸＡＤ１６００ 高出 １１％。 微孔超高
交联树脂 ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸具有较高的吸附量，这
是由树脂的物理化学性质所决定的。 由文献［１６］
可知，超高交联树脂 ＨＤ ０１的平均孔径为 １􀆰 ９２ ｎｍ
（＜ ２ ｎｍ），属于微孔范围；其总孔体积为 ０􀆰 ７３２
ｃｍ３ ／ ｇ，而且比表面积非常大，高达 １ ６４５􀆰 ５ ｍ２ ／ ｇ，这
为 Ｄ 乳酸的吸附提供了更多的吸附位点。 王津南
等［２１］研究了酚羟基修饰的超高交联聚苯乙烯树脂
ＪＮ ２对苯酚的吸附行为，认为树脂所具有的高比
表面积和丰富的微孔区对吸附起了很大作用，吸附
不只是表面单层吸附，还有微孔填充作用。
２􀆰 ５　 吸附热力学的计算
根据 Ｖａｎ′ｔ Ｈｏｆｆ方程（式（１０）），等量吸附焓变
ΔＨ可以通过式（１１）计算［２２］。
ｄｌｎ Ｋ
ｄＴ
＝ ΔＨ
ＲＴ２
（１０）
ｌｎ １ρｅ ＝ ｌｎ Ｋ０ －
ΔＨ
ＲＴ
（１１）
式中： Ｋ０ 为 常 数； Ｒ 为 理 想 气 体 常 数， ８􀆰 ３１４
Ｊ ／ （ｍｏｌ·Ｋ）；Ｔ为绝对温度（Ｋ）。
等量吸附焓变 ΔＨ可以通过 ｌｎ（１ ／ ρｅ）对 １ ／ Ｔ作
图的斜率计算得出。
吸附自由能变 ΔＧ 通过 Ｇｉｂｂｓ 方程（式（１２））
求得。
ΔＧ ＝－ ＲＴ ∫ｘ
０
（ｑ ／ ｘ）ｄｘ （１２）
式中：ｘ为溶液中溶质的摩尔浓度（ｍｍｏｌ ／ Ｌ）；ｑ 为吸
附量（ｍｍｏｌ ／ ｇ）。
将 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程代入 Ｇｉｂｂｓ 方程（式（１２）），
推导出 ΔＧ与 ｑ无关［２３］，得式（１３）。
４６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
ΔＧ ＝－ ｎＲＴ （１３）
式中 ｎ为 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程中的常数。
吸附熵变 ΔＳ 可以通过 Ｇｉｂｂｓ Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ 方程
计算，见式（１４）。
ΔＳ ＝ ΔＨ
－ ΔＧ
Ｔ
（１４）
　 　 在不同温度下（２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５和 ３３３􀆰 １５ Ｋ），当
Ｄ 乳酸的平衡吸附量 ｑｅ 分别为 ０􀆰 ０５、０􀆰 １０ 和 ０􀆰 １５
ｇ ／ ｇ时，对应的平衡浓度 ρｅ 可以通过 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 吸附
等温方程求得。 通过 ｌｎ（１ ／ ρｅ）对１ ／ Ｔ作图，结果见图
５，由直线的斜率计算出等量吸附焓变 ΔＨ。
不同吸附量 ｑｅ 下的吉布斯自由能变 ΔＧ、等量
吸附焓变 ΔＨ和吸附熵变 ΔＳ的计算结果见表 ２。
图 ５　 不同吸附量时 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１
上等量吸附焓变的测定
Ｆｉｇ􀆰 ５　 Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ｅｎｔｈａｌｐｙ ｃｈａｎｇｅｓ ｆｏｒ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ
表 ２　 Ｄ 乳酸在超高交联树脂 ＨＤ ０１上的热力学参数
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｈｙｐｅｒ⁃ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１
ｑｅ ／
（ｇ·ｇ－１）
ΔＨ ／
（ｋＪ·ｍｏｌ－１）
ΔＧ ／ （ｋＪ·ｍｏｌ－１） ΔＳ ／ （Ｊ·ｍｏｌ－１·Ｋ－１）
２９３􀆰 １５ Ｋ ３１３􀆰 １５ Ｋ ３３３􀆰 １５ Ｋ ２９３􀆰 １５ Ｋ ３１３􀆰 １５ Ｋ ３３３􀆰 １５ Ｋ
０􀆰 ０５
０􀆰 １０
０􀆰 １５
－１２􀆰 ３０
－１０􀆰 ９０
－１０􀆰 ０７
－４􀆰 ０７ －４􀆰 １８ －４􀆰 ３５
－２８􀆰 ０７
－２３􀆰 ３０
－２０􀆰 ４７
－２５􀆰 ９３
－２１􀆰 ４６
－１８􀆰 ８１
－２３􀆰 ８６
－１９􀆰 ６６
－１７􀆰 １７
　 　 由表 ２ 可知，吉布斯自由能变 ΔＧ 的计算值为
负值，说明 Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上
的吸附是自发进行的。 等量吸附焓变 ΔＨ 的值均为
负值，说明 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１上的吸附是放热
过程。 ΔＨ的绝对值小于 ４０ ｋＪ ／ ｍｏｌ，表明 Ｄ 乳酸在
树脂 ＨＤ ０１ 上的吸附是物理吸附过程［２４］。 吸附
熵变 ΔＳ 的计算值为负值，说明在吸附过程中，Ｄ
乳酸在固液界面间的随机性降低［２５］。 这是因为与
在溶液中相比，Ｄ 乳酸分子被微孔超高交联树脂
ＨＤ ０１吸附后，其分子自由运动受到限制，因此吸
附熵变 ΔＳ为负值［２６］。
２􀆰 ６　 吸附动力学的构建及分析
２􀆰 ６􀆰 １　 吸附动力学模型
为了研究 Ｄ 乳酸在不同温度下的吸附动力学
行为，本文采用 Ｌａｇｅｒｇｒｅｎ准一阶动力学模型和准二
阶动力学模型［２７］对吸附动力学实验数据进行拟合。
准一阶动力学模型的表达式见（１５）。
ｄｑｔ
ｄｔ
＝ ｋ１（ｑｅ － ｑｔ） （１５）
　 　 式（１５）的边界条件：ｔ＝ ０，ｑｔ ＝ ０和 ｔ＝ ｔ，ｑｔ ＝ ｑｔ，对
上式积分可得式（１６）。
ｌｎ（ｑｅ － ｑｔ） ＝ ｌｎ ｑｅ － ｋ１ ｔ （１６）
　 　 进一步得到
ｑｔ ＝ ｑｅ（１ － ｅ
－ｋ１ｔ） （１７）
式中 ｋ１ 为准一阶速率常数（ｍｉｎ
－１）。
准二阶动力学模型的表达式为
ｄｑｔ
ｄｔ
＝ ｋ２（ｑｅ － ｑｔ） ２ （１８）
　 　 式（１８）的边界条件为：ｔ＝ ０，ｑｔ ＝ ０和 ｔ＝ ｔ，ｑｔ ＝ ｑｔ，
对上式积分可得
１
ｑｅ － ｑｔ
－ １
ｑｅ
＝ ｋ２ ｔ （１９）
进一步转化为
ｑｔ ＝
ｋ２ｑ２ｅ ｔ
１ ＋ ｋ２ｑｅ ｔ
（２０）
式中 ｋ２ 为准二阶速率常数［ｇ ／ （ｇ·ｍｉｎ）］。
通过 ｔ时刻的吸附量 ｑｔ（ｇ ／ ｇ）对时间 ｔ（ｍｉｎ）作
图，绘制 Ｄ 乳酸的吸附动力学曲线。
２􀆰 ６􀆰 ２　 温度对 Ｄ 乳酸吸附动力学的影响
吸附动力学实验分别在 ２９３􀆰 １５、 ３１３􀆰 １５ 和
３３３􀆰 １５ Ｋ下进行，研究不同温度对 Ｄ 乳酸吸附速
率和吸附量的影响。
５６　 第 １期 吴　 建等：Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的吸附热力学及动力学
采用准一阶动力学模型和准二阶动力学模型
对动力学实验数据进行拟合，动力学曲线如图 ６ 所
示，拟合参数列于表 ３。
图 ６和表 ３的拟合结果表明：准一阶动力学模型
可以较好地描述 Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ
０１上的吸附动力学曲线，其相关系数 Ｒ２＞０􀆰 ９８，且均
大于准二阶动力学的相关系数。 同时，准一阶动力学
的标准偏差 Δｑ值也都小于准二阶动力学。
表 ３　 不同温度下 Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１上的准一阶和准二阶吸附动力学模型参数
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｐｓｅｕｄｏ⁃ｆｉｒｓｔ⁃ｏｒｄｅｒ ａｎｄ ｐｓｅｕｄｏ⁃ｓｅｃｏｎｄ⁃ｏｒｄｅｒ ｋｉｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
Ｔ ／ Ｋ
ρ０ ／
（ｇ·Ｌ－１）
ρｅ ／
（ｇ·Ｌ－１）
ｑｅ ／
（ｇ·ｇ－１）
准一阶动力学模型 准二阶动力学模型
ｋ１ ／ （ｍｉｎ
－１） Ｒ２ Δｑ ｋ２ ／ （ｇ·ｇ
－１·ｍｉｎ－１） Ｒ２ Δｑ
２９３􀆰 １５ ５０􀆰 ９２ ４４􀆰 ９９ ０􀆰 １１８ ６ ０􀆰 ３５８ ２ ０􀆰 ９９４ ２ ０􀆰 ０５４ ３ ５􀆰 ９６０ ７ ０􀆰 ９１９ ３ ０􀆰 １６８ ２
３１３􀆰 １５ ５０􀆰 ９２ ４５􀆰 ８０ ０􀆰 １０２ ４ ０􀆰 ５１４ ０ ０􀆰 ９８８ ７ ０􀆰 ０８０ ８ １０􀆰 ４７８ ８ ０􀆰 ９５３ ７ ０􀆰 ０９０ ８
３３３􀆰 １５ ５０􀆰 ９２ ４６􀆰 ７１ ０􀆰 ０８４ １ １􀆰 ３５４ ３ ０􀆰 ９９０ ５ ０􀆰 ０３８ １ ４３􀆰 ０２４ ８ ０􀆰 ９６１ １ ０􀆰 ０６０ ４
图 ６　 不同温度下 Ｄ 乳酸的吸附动力学
Ｆｉｇ􀆰 ６　 Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｄ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｎｔｏ
ｒｅｓｉｎ ＨＤ⁃０１ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
　 　 从图 ６可以看出，温度对 Ｄ 乳酸在 ＨＤ ０１树
脂上的吸附有较大的影响。 温度的升高导致树脂
ＨＤ ０１对 Ｄ 乳酸的吸附量降低。 此外，随着温度
的升高，Ｄ 乳酸达到吸附平衡的时间缩短。 在
２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５和 ３３３􀆰 １５ Ｋ不同温度下，Ｄ 乳酸达
到吸附平衡的时间分别为 １０、８ 和 ３􀆰 ５ ｍｉｎ，这说明
Ｄ 乳酸在树脂 ＨＤ ０１上的传质速率非常快，在 １０
ｍｉｎ内即达到吸附平衡。 从表 ３ 可知，吸附速率常
数 ｋ１ 随温度的升高而增大。 这是因为温度的升高
加快 Ｄ 乳酸分子在溶液中的迁移速率，导致吸附
速率变快，缩短了吸附平衡时间［２８］。
３　 结论
研究了 Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１
上的吸附热力学和动力学。
１）考察了 ｐＨ 对 Ｄ 乳酸吸附的影响，结果表
明：分子形式的 Ｄ 乳酸有利于吸附；Ｄ 乳酸的最
佳吸附 ｐＨ为 ２􀆰 １。
２）不同温度（２９３􀆰 １５、３１３􀆰 １５ 和 ３３３􀆰 １５ Ｋ）下
Ｄ 乳酸的静态吸附平衡实验表明，Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 等温
模型可以很好地对吸附等温线进行拟合。 热力学
平衡过程中吉布斯自由能变 ΔＧ 和等量吸附焓变
ΔＨ的计算结果均为负值，表明 Ｄ 乳酸在树脂ＨＤ
０１ 上的吸附为自发进行的放热过程，低温有利于
Ｄ 乳酸的吸附。
３）准一阶动力学模型能够较好地描述不同温
度下 Ｄ 乳酸在树脂上的吸附动力学曲线。 Ｄ 乳
酸的传质速率较快，在 １０ ｍｉｎ 内达到吸附平衡。 吸
附速率常数 ｋ１ 随温度的升高而增大。 Ｄ 乳酸在树
脂 ＨＤ ０１上具有吸附量大，传质速率快的特点，证
明微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１是一种很有潜力的吸
附介质。
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６６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
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ｃａｒｂｏｎｙｌ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｈｙｐｅｒ⁃ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙ
（ｓｔｙｒｅｎｅ⁃ｃｏ⁃ｄｉｖｉｎｙｌｂｅｎｚｅｎｅ） ｒｅｓｉｎ ｆｏｒ β⁃ｎａｐｈｔｈｏｌ ｆｒｏｍ ａｑｕｅｏｕｓ
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（责任编辑　 荀志金）
７６　 第 １期 吴　 建等：Ｄ 乳酸在微孔超高交联树脂 ＨＤ ０１上的吸附热力学及动力学