唾液酸(sialic acid, SA)是一族神经氨酸衍生物的统称。其中N-乙酰神经氨酸(Neu5Ac)是唾液酸中分布最广，最常见的一种类型。研究发现唾液酸在细胞识别过程中起重要作用，具有多种生物学活性，在医药、保健和功能性食品方面具有广泛的应用。　　唾液酸的工业化生产主要依赖微生物发酵法。相较于上游发酵，下游唾液酸的分离纯化对唾液酸的生产也至关重要。离子交换色谱法由于具有高吸附量、成本低和易于操作等特点广泛应用于生物分子的分离中。离子交换工艺放大模型的建立需要有大量离子交换平衡数据应用到动力学和传质模型当中。本文以唾液酸在AD-1树脂上的离子交换过程为研究对象。研究了离子交换过程的离子交换平衡，并对其进行数学模拟，获得了相应的模型参数值。对不同pH值下的离子交换平衡成功进行了预测。随后考察了介质结构和溶液中N-乙酰神经氨酸浓度变化对离子交换动力学过程的影响，确定了不同浓度下影响离子交换过程的限速步骤，并根据已获得的模型参数成功地预测了N-乙酰神经氨酸在不同粒径的AD-1树脂的动力学数据。　　本文首先根据N-乙酰神经氨酸的解离特性，选取了实验室自行合成的AD-1树脂作为唾液酸的离子交换分离介质。研究了N-乙酰神经氨酸在AD-1树脂上的离子交换平衡。实验确定氢氧型离子交换树脂对N-乙酰神经氨酸的吸附是通过树脂官能团上的活动离子OH-和Neu5Ac-离子的交换实现的，未发现其它物理吸附作用。离子交换平衡选择性系数的测定发现AD-1树脂对N-乙酰神经氨酸的选择性系数不恒定，而是随着溶液中Neu5Ac-离子比例的变化而发生变化。选取Saunders模型对实验数据进行了拟合。Saunders模型考虑液相中溶液pH对N-乙酰神经氨酸的解离影响和树脂物理结构的不均一性引起的官能团活性不一等因素。Saunders模型能很好的对Cl-/OH-和Neu5Ac-/OH-二元平衡体系进行拟合，根据拟合模型参数预测了Cl-/Neu5Ac-/OH-三元平衡体系，发现N-乙酰神经氨酸在AD-1树脂上的离子交换平衡主要受到Neu5Ac-离子在溶液相中的离子比例影响。AD-1树脂对Cl-具有较高的选择性系数，因此在解吸实验中设计不同浓度的HCl溶液作为解吸剂。0.2 mol/L的HCl对N-乙酰神经氨酸的洗脱回收率达到了99％。　　其次，系统的研究了N-乙酰神经氨酸在AD-1树脂上的离子交换动力学过程。静态吸附实验发现AD-1树脂对N-乙酰神经氨酸的最大吸附容量为0.39 g/g湿树脂且不受温度影响。使用双电层模型、大孔扩散模型和大孔微孔扩散模型依次对不同N-乙酰神经氨酸初始浓度下的动力学数据进行拟合。通过模型预测值和实验数据进行比较发现N-乙酰神经氨酸在AD-1树脂上的吸附动力学传质速率受树脂上孔结构的影响。在离子交换过程中树脂上的吸附量低于饱和吸附容量的50％时，双电层扩散为整个动力学过程的限速步骤，可使用双电层模型对动力学数据进行拟合。随着树脂颗粒中的N-乙酰神经氨酸吸附量的增高，大孔扩散和微孔扩散依次成为离子交换动力学过程的限速步骤。根据模型拟合参数阐明了不同时刻在树脂颗粒内部不同位置的N-乙酰神经氨酸浓度分布。最后使用大孔微孔扩散模型研究了树脂粒径对动力学过程的影响。通过拟合获得了传质系数如kDL，Dp和Dc，发现这些系数和溶液浓度与树脂颗粒度不相关。　　最后根据以上实验结果发现AD-1树脂对Cl-和N-乙酰神经氨酸离子的平均选择性系数分别为3.28和0.13。N-乙酰神经氨酸在AD-1树脂上最佳离子交换吸附pH范围为2～8之间。最佳解吸剂为0.2 mol/L的HCl，洗脱pH＜2为宜。双电层扩散系数KDL为32.09 min-1，大孔扩散系数Dp为1.453×10-8 m2/min，微孔扩散系数Dc为9.153×10-15 m2/min。N-乙酰神经氨酸分离离子交换介质应该选取多孔的粒径较小的树脂以期获得较高的离子交换传质速率。　　本文对N-乙酰神经氨酸的下游分离过程离子交换平衡和动力学过程进行了详细的研究，为以后工艺设计和数学模型放大提供了基础参考数据。