作为一种四碳不饱和羧酸,富马酸被广泛用于食品,化工,医药等领域。为促进富马酸的工业化生产,本研究设计了一款高效的固定床离子交换柱,并应用于富马酸的同步发酵分离过程中。1.选择对富马酸吸附能力为83.41 mg.g-1(pH=5)的D201树脂为吸附树脂。探究了 pH,温度的影响:树脂对富马酸的吸附能力为HFA-＞FA2-＞H2FA;吸附过程属于吸热反应。最佳的解吸条件是NaCl为解吸剂,解吸浓度1 mol·L-1,解吸体积10 mL,解吸时间20 min,解吸率达到89.6%。重复实验证明了树脂具有较高的重复利用率。2.通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)证明了 D201树脂吸附富马酸是树脂的季胺基与富马酸盐的羧基通过离子键相结合的化学吸附;然后测定了吸附等温线及动力学,发现吸附属于Langmuir等温模型;在低pH值时(pH=3,4)吸附符合伪一阶方程;在高pH值时(pH=5,6)吸附符合伪二阶方程;颗粒扩散是起始阶段(0～15 min)的主要限速步骤,随着反应的进行液膜扩散也成为限速步骤。热力学参数计算证明了吸附过程是自发的可逆的吸热过程,本质上也是一种等量离子交换的传质过程。因此温度,浓度及pH是影响吸附的主要条件。3.在固定床柱中优化了吸附解吸条件,最佳吸附条件为:吸附流速为37.8 mL·min-1,初始进料富马酸浓度为15 g·L-1,进料富马酸pH=5,柱径高比为6.12。吸附数据用Yoon-Nelson模型分析取得了较好的拟合结果。NaCl作为解吸剂时最佳解吸条件为:解吸流速为37.8 mL·min-1,解吸剂浓度为1 mol.L-1,在此条件下4 BV解吸剂可以完全解吸不同条件下吸附的富马酸。实验发现Cl-对固定床柱的吸附能力具有较强的抑制作用。探究发现NaHCO3作为解吸剂不仅避免了对吸附的影响,而且解吸率达到97.01%。此外带有HCO3-形式的树脂固定床柱具有更高的吸附率(76.44%),饱和时间更短(Tsat=105 min)。因此选择NaHCO3作为解吸剂。通过发酵液验证实验证明了固定床柱可以用于发酵液的吸附过程中,吸附能力为117.11 mg.g-1。4.通过间歇发酵分离实验验证了固定床柱的可行性,避免了中和剂的添加,富马酸的产率和时空产率分别达到17.53 g.L-1和0.21 g·L-1 h-1。对连续发酵分离过程进行了优化,确定了发酵pH=5及分离起始时间点为48h的最佳条件,在此基础上进行了连续补料发酵,富马酸产率和时空产率分别达到32.58 g.L-1和0.15 g.L-1h-1。通过对富马酸分离纯化过程进行优化得出pH=2是最佳条件,而低温有助于富马酸的分离。本研究提出了一种切实可行的分离系统,不仅为富马酸的工业化生产奠定了基础,而且也为其他有机酸的生产提供了借鉴。