导 读

作者：杨登科 段民英 孙雷

来源：东辰制药  优普惠药品股份

摘要：本文综述酸解法产生的水解液中糖-酸分离的研究方法。这些方法应用于纤维素类辅料的生产，不仅可提高酸的利用度，还可获得糖类物质，具有重要的环保意义和经济意义。

关键词：纤维素水解，糖-酸分离

酸水解法是生产纤维素类辅料的主要方法之一，而硫酸因其价格便宜，水解效率高等特点而成为常用的酸。在纤维素类辅料的生产中，伴随着纤维素的水解，必然会产生包含糖类物质和硫酸的水解液，如果能有效地将酸和糖类物质分开，不仅可以提高酸的利用率，而且可以得到副产品——糖，故研究辅料制备工艺中糖-酸分离的方法很有必要。

糖-酸分离研究有着非常现实的意义：

（一）环保意义  中国是硫酸的生产大国，同时又是硫酸的消费大国，因此硫酸的使用必然带来对环境的危害（包括污染水源、污染土壤和威胁食品安全）。保守估计，中国每年的废硫酸产量超过1亿吨。因此，在制备纤维素类辅料时，硫酸若能通过糖-酸分离有效地回收并再利用，将会大大减少硫酸的浪费，最大限度地减少辅料生产对环境的影响。

（二）经济意义  酸解法制备产品时硫酸的回收再利用，实际上提高了每单位成品产出中酸的利用率，降低了企业的生产成本；另外，回收的糖类物质作为副产品也可用于很多领域，如发酵制备燃料酒精，生产动物饲料等，这也可为企业带来直接的经济收入。

利用硫酸水解纤维素，国内外已报道了关于水解液糖-酸分离的传统方法（包括中和法和萃取法），这两种方法虽然可回收糖类物质，但是水解液中的硫酸都需通过化学反应除掉，导致其无法回收再利用。

本文综述的糖-酸分离方法可分为两大类，即树脂法和膜法。研究者验证了这些方法进行糖和酸分离的有效性。根据分离原理，树脂法又可分为阳离子树脂法和阴离子树脂法；而膜法则分为双极性膜电渗析法和扩散渗析法。

2.1、树脂法

2.1.1、酸性阳离子交换树脂法

分离原理——离子排斥法：酸性基团（-COOH、-SO₃H）不规则的联结在酸性阳离子树脂的微孔内或表面，非离子形式的糖分子可以自由的进出树脂微孔，由于同离子的相互排斥作用，SO₄^2-却很难进入到树脂的微孔中。当水解液流经树脂床层时，糖分子不断在树脂的微孔间吸附和脱附，而SO₄^2-由于无法进入树脂微孔中，通过树脂层的速度要快。因此，首先出来的是富含酸的液体，可收集作为浓硫酸的稀释剂；然后是含糖-酸混合物的液体，可返回合并后重新分离；最后是富含糖的液体。

具体方法：首先通过测定树脂的静态吸附量进行树脂的筛选，然后是确定料液浓度和进料量，最后是动态吸附工艺的确定（包括流速、温度及柱长等参数对分离效率的影响）。

梁静^[1]在其论文中系统地研究了该方法分离高浓度糖酸液的方法和理论，证明了树脂具有良好的分离能力，且再生后的树脂也具有良好的吸附-脱附能力。

2.1.2、碱性阴离子交换树脂法

阴离子交换树脂法也可以称为酸阻滞法。其分离原理是利用阴离子树脂吸附硫酸而产生的对硫酸的延迟作用，而树脂对糖的吸附作用不明显。选择合适的树脂，利用这种吸附差异当水解液流经树脂层时，糖和酸将被分离开来。

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具体方法：类似于阳离子的实验方法。

文献报道了刘跃红等^[2]利用该方法分离白酒丢糟浓硫酸降解液中的糖-分离，实验结果表明，实验方法硫酸和糖的分离度达到0.845，糖和硫酸的回收率分别为83.49%和69.26%。

2.2、膜法

2.2.1、双极性膜电渗析法

双极性膜电渗析法过程简单、能效率高、废物排放少，是一种清洁、高效、节能的分离方法，而且该技术在废酸回收方面已实现商业化应用。

分离原理：由阳离子交换层和阴离子交换层复合而成的双极性膜在传质性能上具有许多新的性能。在直流电场的作用下，双极膜可将水离解，在膜的两侧分别得到H 和OH^-，而阴离子交换膜则可以选择性透过阴离子。在电场作用下，SO₄^2-穿过阴离子交换膜进入酸回收室；而糖分子几乎不发生电离，则留在处理室，因此达到糖-酸分离的目的。

李浔等^[3]通过实验验证了该方法在纤维素水解过程中的可行性，考察了多种因素对水解液中糖-酸分离效果的影响，结果表明双极性膜电渗析法可以有效地将水解液中的盐酸和醋酸分离出来。

2.2.2、扩散渗析法

扩散渗析的特点包括：能耗低、无污染、操作简单等，因此已有研究者将这种环保而且节能的分离技术应用于糖-酸分离的研究。

分离原理：扩散渗析是指浓度较高的溶质通过薄膜向低浓度溶剂中扩散的过程。实现该过程的两个因素包括：浓度差和膜的选择透过性，其中浓度差是溶质进行膜间扩散的动力。

王帅等^[4]研究了硫酸酸解制备纳米晶纤维素时产生的水解液中的糖酸分离，其中水解液中酸的浓度高达56%。实验首先处理水解液，将水解液中的低聚糖全部转化为葡萄糖；接着将处理后的水解液通过2次阴离子交换膜过滤，硫酸的回收率达到90.31%，最后通过浓缩得到10.06mol/L的硫酸和36g/L的葡萄糖溶液。

糖-酸分离研究有着重要的环保意义和经济意义；文献报道中不管是利用树脂法还是膜法分离水解液中的糖和酸，对回收和利用酸解法制备纤维素类辅料（包括微晶纤维素和纳米晶纤维素）时产生的硫酸都有非常重要的指导意义；针对特定的酸解工艺，研究人员应该通过实验去探索和验证分离水解液中糖和硫酸的方法，并以可转化为实际生产中的应用为最终目标。

[1]梁静.木质纤维素水解液糖酸分离系统的研究[d].北京:北京化工大学, 2010.；

[2]刘跃红等. 酸阻滞法用于白酒丢糟浓硫酸降解液糖酸分离的研究[j]. 食品工业, 2002, 2: 106-109.；

[3]李浔等. 双极性电渗析法用于糖酸分离的研究[j]. 华东理工大学学报, 2004, 30(4): 402-.；

[4]王帅等, 酸解法制备纤维素纳米晶体水解残夜的糖酸分离[j], 中国造纸学报, 2017, 32(3): 27-31.