雙極膜電滲析生產(chǎn)琥珀酸的研究.pdf

1、琥珀酸,作為一種重要的化學(xué)品,廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)和制藥等行業(yè)。受化石資源,環(huán)境保護(hù)等因素的限制,傳統(tǒng)石化生產(chǎn)方法已經(jīng)不適合現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的要求。目前越來(lái)越多學(xué)者關(guān)注微生物發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸這一新型無(wú)污染“白色”生產(chǎn)技術(shù)。然而工藝成本相對(duì)較高是微生物發(fā)酵技術(shù)推向工業(yè)化應(yīng)用的難題。為了解決這一難題,越來(lái)越多的研究關(guān)注于降低發(fā)酵后處理工藝成本(占發(fā)酵總工藝總成本的50％-80%)。
　　發(fā)酵法后處理工藝,即對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行分離純化得到有機(jī)酸的

2、過(guò)程,是目前關(guān)于微生物發(fā)酵工藝研究的重點(diǎn)之一,其成本的降低將會(huì)加快微生物發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程的總進(jìn)展。目前已有大量的研究關(guān)注于琥珀酸發(fā)酵產(chǎn)品的分離純化,如化學(xué)沉淀、反應(yīng)萃取、離子交換樹(shù)脂、結(jié)晶以及電滲析技術(shù)。然而,到目前為止還沒(méi)有適合工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)。
　　琥珀酸后處理工藝的技術(shù)重點(diǎn)是將琥珀酸鹽轉(zhuǎn)化為琥珀酸。為了解決目前轉(zhuǎn)化工藝復(fù)雜的問(wèn)題,本文采用雙極膜電滲析技術(shù)將琥珀酸鹽轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸。雙極膜電滲析技術(shù)是一項(xiàng)新興的應(yīng)用前景廣闊

3、的電膜驅(qū)動(dòng)技術(shù),其特殊的水解離機(jī)制可一步將有機(jī)酸鹽轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸,過(guò)程具有回收效率高、運(yùn)行簡(jiǎn)單、無(wú)固體廢棄物污染、環(huán)保等優(yōu)勢(shì),特別適合有機(jī)酸發(fā)酵過(guò)程。
　　鑒于雙極膜電滲析生產(chǎn)琥珀酸的研究甚少。因此本文探討不同的工藝條件及膜堆構(gòu)型對(duì)雙極膜電滲析過(guò)程中技術(shù)參數(shù)的影響,為其中試及擴(kuò)大化應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)論如下:
　　(1)由于不同微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生琥珀酸鹽的產(chǎn)量范圍跨度比較大,此外電流作為雙極膜電

4、滲析過(guò)程的推動(dòng)力,直接關(guān)系到處理過(guò)程的效果及過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。因此,本文首先采用BP-C-BP兩室式構(gòu)型,研究不同琥珀酸鈉濃度及電流對(duì)雙極膜電滲析過(guò)程生產(chǎn)琥珀酸技術(shù)參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:隨著電流的增加,回收率上升,最高可以回收99%琥珀酸;電流效率下降,但均在50%以上;能耗最低為5.0kWh/kg。進(jìn)料中琥珀酸濃度的增加,對(duì)回收率的影響不大,回收率均在80%以上,電流效率上升,能耗下降。
　　(2)由于離子之間競(jìng)爭(zhēng)遷移、質(zhì)子隧道

5、效應(yīng)、分子擴(kuò)散、電滲透等副反應(yīng)的存在,在同等條件下,不同膜堆構(gòu)型的處理效果不同。因此,實(shí)驗(yàn)考察了三種膜堆構(gòu)型在琥珀酸鈉轉(zhuǎn)化為琥珀酸過(guò)程中的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相同條件下,采用不同的構(gòu)型,電壓、酸濃度、電流效率和能耗的規(guī)律分別為 UBP-A-C-BP>UBP-A-BP>UBP-C-BP, CBP-C-BP>CBP-A-C-BP>CBP-A-BP,?BP-A-C-BP>?BP-C-BP>?BP-A-BP和 EBP-A-BP>EBP-A-C-