雙極膜電滲析應(yīng)用于有機(jī)酸的生產(chǎn).pdf

1、有機(jī)酸是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的工業(yè)原料，廣泛的應(yīng)用于制藥、食品、日化等行業(yè)。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法有發(fā)酵法和化學(xué)合成法。發(fā)酵法是一種較為溫和的生產(chǎn)方式，使用的是可再生原料且來(lái)源充足。相比之下，化學(xué)合成法目的性強(qiáng)，生產(chǎn)條件較為嚴(yán)苛，且一些有機(jī)酸的生產(chǎn)利用化學(xué)合成法比較困難。不論是發(fā)酵法或化學(xué)合成法，生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)涉及到產(chǎn)品的分離、純化，常需要提取、結(jié)晶、蒸餾等傳統(tǒng)的化工單元操作，在分離和純化過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，需要較高的能量損耗，難

2、以滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)提出的“綠色生產(chǎn)”的要求。將新型的膜分離技術(shù)，特別是電滲析技術(shù)應(yīng)用于甲酸、乙酸、檸檬酸等小分子有機(jī)酸生產(chǎn)的實(shí)例已有大量的報(bào)道，但當(dāng)有機(jī)酸分子量比較大的時(shí)候，利用膜技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的效率將會(huì)大大降低，因其透過(guò)膜遷移的阻力比較大，而難以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)率，因此我們提出制備合適孔徑的離子交換膜以提高有機(jī)酸的產(chǎn)率，降低過(guò)程的能耗。
　　此外，氨基酸作為一種特殊的有機(jī)酸，在醫(yī)藥、食品、動(dòng)物飼料等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。氨基酸分子中兼含羧基

3、和氨基，其傳統(tǒng)分離方法如結(jié)晶法、離子交換法、特殊沉淀法等過(guò)程較為復(fù)雜，結(jié)晶過(guò)程中的蒸發(fā)耗能很大，樹(shù)脂需要再生耗費(fèi)較多的化學(xué)試劑，特殊沉淀法過(guò)程中的沉淀劑難以有效回收，造成大量廢液排放。本文以蘇氨酸為例，發(fā)酵法生產(chǎn)蘇氨酸過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)酵母液會(huì)含有一定量的蘇氨酸、谷氨酸以及其他雜質(zhì)成分，雙極膜電滲析可以利用氨基酸的等電點(diǎn)的不同而將它們進(jìn)行分離。本論文共分為四章，內(nèi)容分別如下:
　　第一章為本論文的緒論部分，主要闡述了傳統(tǒng)的有機(jī)酸的生產(chǎn)

4、過(guò)程中存在的問(wèn)題，接著對(duì)電滲析技術(shù)的基本原理，特別是作為整個(gè)電滲析技術(shù)核心的離子交換膜進(jìn)行了較為詳細(xì)介紹。最后對(duì)本論文的選題來(lái)源、意義及主要內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹;
　　第二章首先通過(guò)相轉(zhuǎn)化法制備出多孔的聚酰亞胺基膜，然后對(duì)該基膜進(jìn)行化學(xué)改性，包括氨化、季銨化等，使膜接枝上正電基團(tuán)，并通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)，傅里葉紅外光譜分析(FTIR)表征確認(rèn)其微觀形態(tài)和組成。該膜的面電阻為0.6-1.8Ω·cm2，離子交換容量(IEC)值

5、為0.6-0.9 mmol/g，含水率為100-160％。不同條件下制備的膜的微觀結(jié)構(gòu)有所差異，在異丙醇中進(jìn)行相轉(zhuǎn)化得到的膜內(nèi)部呈現(xiàn)出均勻的海綿狀孔，而在水中進(jìn)行相轉(zhuǎn)化的膜內(nèi)部出現(xiàn)了一些不規(guī)則的大孔，但總體上通過(guò)相轉(zhuǎn)化法制得的膜具備有多孔的結(jié)構(gòu)。將其應(yīng)用于雙極膜電滲析(BMED)過(guò)程處理乳糖酸鈉料液以生產(chǎn)乳糖酸和氫氧化鈉，與商業(yè)膜相比，產(chǎn)品純度類(lèi)似，能耗較低，產(chǎn)率更高，幾乎達(dá)到了商業(yè)致密膜的兩倍。
　　第三章將BMED過(guò)程應(yīng)用于蘇

6、氨酸和谷氨酸混合物的分離，首先，設(shè)計(jì)出三種不同的膜堆構(gòu)型以?xún)?yōu)選出最佳的膜堆構(gòu)型。然后在最佳的膜堆構(gòu)型下，綜合考慮混合氨基酸的分離效果、能耗、電流效率等因素，選取50V為最佳的外加操作電壓。在優(yōu)化的膜堆、電壓條件下（電壓為50V、膜堆構(gòu)型為BP-A-BP），運(yùn)行4h后可以使料液室中的谷氨酸基本上遷移進(jìn)入回收室，蘇氨酸則停留在料液室中，其純度達(dá)到了97.5％。過(guò)程的能耗為11.04 kW h/kg，電流效率為82.6％。此外，還對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的