Способ выделения органических кислот из производственных растворов

 

Использование: в химической, биохимической и медицинской промышленности. Сущность изобретения: органические кислоты из производственных растворов выделяют сорбцией на слабокислотном ипи низкоосновном ионите, выполненном з виде гибких нитей, с последующей десорбцией механическим растяжением нитей ионмта до исходной длины, Время контакт, 1, раствора с ионитов равно времени со1 ращения длины нитей. 1 з.п. ф-лы, 3 л. сл С

СО!ОЗ СОВЕТСК!ЛХ

СОЦИИ ИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ!УВЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬ!У СВИДЕТЕЛЬСТВУ! ,Ф

i(1

Г ( юа»А

I !

QQ (21) 4892571/04 (22) 18.12,90 (46) 15,12.92, Бюл, М 46 (71) Вороне>кский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) В.О,Селеменев, Ю.И.Киселев, Г.Ю.Орс, В.Н.Чиканов и М.Д.Пешков (56) Ионообменные методы очистки веществ.

Воронеж, Из-во, В ГУ, 1984, с. 90 — 94, 281 — 30.

Теория и практика сорбционных процессов, Воронеж, вып. 16, 1983, с, 50-54, Katchalsky А, Prog, В!оргуэ апо Biophys.

Chem., 1954, 4, 1, Воробьев В.И. О меха нохимических свойствах нитей миозина, полученных при добавлении дезоксирибонуклеиновой кислоты,—

Биохимия, 1957, 22, вып. 3, с. 597 — 607, Ионообменные методы очистки веществ, Воронеж, ВГУ, 1984, с, 318-325.

Изобретение относится к способам выделения органических кислот из производственныхх растворов и мо>кет быть использовано в химической, биохимичегкой, медицинской и других отраслях народного хозяйства, Известны способы выделения кислот из производственных растворов путем их сорбции на ионитах, выполненных как в виде гранул, так и в виде волокон. Десорбцию кислот, как правило, проводят обработкой ионитов соответствующими реагентами, Недостатком этих способов является расход реагентов, Известна очистка ионитов и безреагентными способами, в частности, термическим или электрохимическим. Укаэанные способы также обладают определенными недостатками, в частности, низкой производительностью, высоким расходом энергии.

Известно также, что ионлт может рассматриваться как полизлектролит со строго А „„1781205 Al (si>s С 07 С 51/64, 53/08, 227/4.

22о/24 229/26 (54) СПОСОБ ВБ!ДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ ИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

РАСТВ0РОВ

{57) Использование; в химической, биохимической и медицинской промышленности, Сущность изобретения: органические кислоты из производственных растворов выделяют сорбцией на слабокислотном или низкооснов IQM ионите, выполненном в виде гибких нитей, с последующей десорбцией механическим растяжением !,! Teé ион!лта до исходной длины, В ремя l(GHTUKTP. раствора с ионитом pae!".с, времени сокрщения длины нитей. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. лежащими параллельными полностью ориентированными макромолекулами, Система, выполненная в виде пучка нитей и помещен- . ная в раствор. обладает способностью активно деформироваться при изменении состава раствора, при этом ионит сорбирует определенное количество ионов из этой среды.

Процессы в ионитах, обусловленные пеоеходом из одного состояния вдругое,,связа. ные ссильными обратимыми деформациями(набухание и сжатие), являются релаксационными. Набухание или сжатие сетки матрицы вызывается или химическими реакциями или изменением интенсивности термодинамических взаимодействий полимер-растворитель, Например, набухание слабокислотного катионита при переходе из R — Н в R — К форму

R— - C00 Н - К вЂ”  — СОО ++ Н (1) 1781205 как самопроизвольный процесс (согласно законам термодинамики) в конечном итоге приводит систему в состояние равновесия, При этом конформация цепей матрицы под действием деформации изменяется, и будет происходить распрямление макромолекул и их сегментов, заключенных между узлами сетки (см. фиг,1), Реакция обмена (1) приводит к изменению коэффициента относительного набуха к+ ния f= н+

Обратный процесс

R — СОО К + HCI R — СОО Н + КО (2) ведет к сжатию волокон ионита до исходной длины.

Мо>кно предполо>кить, что такие системы способны не толькодеформироваться за счет химических реакций, но могут совершать и обратный процесс, т.е, превращать механическую энергию в химическу1о (механо-химическая система), Проведенные опыты подтверждают это предположение. Пучок гибких нитей волокнистого катионита ВИОН КН-1 в Кформе с общим диаметром пучка 5,0 мм и длиной 273 мм (фиг.1, состояние б) подвергали воздействи1о 0,1 M раствора соляной кислоты (уравнение). Вследствие уменьшения степени диссоциации функциональных СООН-групп при переходе из состояния (б) в состояние (а) (см. фиг,2) происходит сокращение длины волокон до

150 мм. После завершения процесса сокращения длины волокон производили отмывку бидистиллятом катионита от избытка соляной кислоты до рН 6,2.

Затем, механически растягивая пучок волокон до первоначальной длины 273 мм, переводили систему в некоторое состояние (в), Степень ионизации при этом увеличилась за счет изменения плотности отрицательных зарядов на матрице катионита, а также за счет разрушения ассоциатов, образованных Н-связями, и ионы гидроксония вышли в кон1актиру1ощий раствор, После растяжения волокон рН раствора (объем 50 мл) уменьшился с 6,2 до 5,4. Кривая, характеризу1ощая процесс и значение рН раствора в зависимости от длины растя>кений нитей, приведена на фиг.3.

Наиболее близким к предложенному является способ выделения лизина из культуральной жидкости путем сорбции на гранулированном катионите КУ-2-8 (в аммонийной форме) с последующей десорбцией

Р

55 лизина элюированием раствором аммиака.

Недостатком известного способа является расход дополнительного реагента, испсльзуемого для десорбции, поэтому целью изобретения является упрощение процесса вследствие безреагентного выделения целевых продуктов.

Поставленная цель достигается выделением органических кислот из производственных растворов путем сорбции их на слабокислотном или низкоосновном ионите, выполненном в виде гибких нитей с последующей десорбцией органических кислот механическим растяжением нитей ионита до исходной длины. При этом время контакта ионита с производственным раствором задают равнь1м времени сокращения длины нитей, Пример 1, 0,1 М водный раствор лизина со скоростью 1 мл/мин пропускают через катионит ВИОН КН-1 (К -форма), выполненный в виде гибких нитей (длина

210 мм, масса сорбента 0,2 г, емкость

4,2 мг-экв/г, плотность 1,42 г/см ). При этом происходит сокращение длины нитей, Раствор лизина пропускают через сорбент до прекращения уменьшения длины нитей (156 лм), Дополнительно процесс сорбции лизина на ионите контролируется по изменению его концентрации в исходном и равновесном растворах, Количество лизина, сорбированного на ионите к этому ломенту, равно 0,72 мг-зкв, или 3,6 мг-экв! г ион ита.

После этого сорбент промыва1от водой от избытка лизина, Затем нити катионита ВИОН КН-1 вытлгива1от до первоначальной длины 210 мм, что приводит к практически полной десорбции лизина из среды сорбента в количестве

0,68 мг-экв, что составляет 3,4 мг-экв/г ион ита.

Пример 2. 0 1 М водный раствор глутаминовой кислоты со скоростью 1 мл/мин пропускают через анионит ВИОН вЂ” АН-1 (Ci -форма}, выполненный в виде пакета гибких нитей (масса 0,33 г, плотность

1,38 г/см, длина 250 мм, емкость иониз та 2,4 мг-экв/г). При этом происходит сокращение длины нитей. Раствор глутаминовой кислоты пропускают через сорбент до окончания сокращения длины нитей (длина 182 мм). Дополнительно проце:с орбции контролируется по изменения . >нцентрации глутаминовой кислоты в и.„одном и равновесном растворах, В этот момент на ионите сорбируется

0.8 мг-экв кислоты. Далее сорбен прамывают водой от избытка глутаминовой кислоты.

i 781205 растворах, а также до прекращения уменьшения длины нитей (152 мм). Сорбент после этого промывают водой от избытка аминокислоты. Затем волокна катионита вытягивают до первоначальной длины 224 мм, При этом в контактирующий раствор практиче50

После этого нити ионита механически вытягиваются до исходной длины 250 мм, при этом происходит полная десорбция глутаминовой кислоты из фазы сорбента в раствор в количестве 0,8 мг-экв, что составляет

2,4 мг-экв/г ионита.

Пример 3, 0,1 M водный раствор уксусной кислоты со скоростью 1 мл/мин пропускают через анионит ВИОН АН-1 (Cl -форма), выполненный в виде нитей 10 (длина 300 мм, масса сорбента 0,38 г, емкость 2,4 мг-экв/г, плотность 1,42 г/см ).

При этом происходит сокращение длины нитей до 220 мм, Раствор пропускают до прекращения уменьшения длины нитей, 15

Дополнительно процесс сорбции и его окончание контролируется по изменению концентрации уксусной кислоты в исходном и равновесном растворах, Количество уксусной кислоты, сорбированной к этому 20 моменту на ионите, равно 0,91 мг-экв, или

2,4 мг-эквlг ионита, Отмывку катионита после пропускания раствора уксусной кислоты проводят водой. Затем нити катионита механически вытягивают до первоначальной 25 длины 300 мм. При этом происходит полная десорбция уксусной кислоты из фазы сорбента в контактирующую фазу в количестве

0,91 мг-экв, что составляет 2,4 мг-экв/г ионита. 30

Пример 4. Ферментационный раствор лизина, содержащий 0,13 Л1 аминокислоты, а также 0,71 М ионов натрия, 0,15 M ионов калия, 0,02 М ионов кальция в пересчете на

1 л и 16,2 г/л окрашенных продуктов, атно- 35 сящихся к классу меланоидинов, со скоростью 1 мл/мин пропускают через катионит

BNOH КН-1 (Na -форма), выполненный в виде гибких нитей (длина 224 мм), масса сорбента 0,23 г, емкость 4,2 мг-экв/г, плотность 40

1,43 г/см ), рН пропускаемого раствора 8,1. з

Лизин селективно сорбируется на катионите по сравнению с неорганическими ионами. При этом происходит накопление аминокислоты в катионите, которое достигает величины 3,74 мг-экв/г ионита.

Количество обьема пропущенного раствора контролируется по изменению концентрации лизина в исходном и равновесном ски полностью десорбируется лизин из катионита в количестве 0,82 мг-экв (или

3,66 мг-экв/г смолы). Из 20 мл упаренного под вакуумом десорбата выделено в виде крис аллов 122 мг лизина.

Пример 5. Промывные вод с ионообменной установки по выделению лизина, ионообмненые фильтры которой загружены гранульным катионитом КУ-2-8, содержат

0,012 У/л аминокислоты, 0,28 lЛ/л, ионов аммония и 14,1 г/л меланоидинов. Этот раствор пропускают при рН = 8,5 со скоростью 2 мл/мин через катионит БИОН КН-1

+ (К -форма). Выполненный В Виде Волокон, Длина нитей 250 мм. масса сорбента 0,27 г, емкость 4,2 мг-экв/г, плотность 1,42 r/cì .

Процесс сорбции аминокислоты происходит селективно и достигает величины

3,68 мг-экв/г сорбента, Объем пропущенного раствора промь,вных вод контролировался по изменению концентрации лизина в исходном и равновесном растворах. Дополнительно процесс сорбции контролировался изменением длины волокон (до 173 мм).

Далее ион 1Т промывают водой от избытка лизина и механически вытягивают нити до исходной длины 250 мм. При этом происходит десорбция аминокислоты из катионита в pocTBop p количестве 0,99 мг-экв (или =,67 мг-экв/г ионита). После упаривания раствооа и сушки под вакуумом получено 143 м", лизина.

Настоящий способ позволяет упростить процесс выделения органических кислот из производственных растворов, поскольку для этого способа не требуется использования до ioflHèòåëüíûx реагентов, необходимых для десорбции целевого продукта с ион ита.

Формула изобретения

1. Способ выделения органических кислот из производственных растворов путем сорбции на ионите с последующей десорбцией, о т л и ч а,о uö и и с я тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве ионита используют слабоклсло-,ный или низкоосновный ионит. Выполненный в виде гибких нитей, и десорбцию осуществляют механическим растяжением нитей ионита до исходной длины.

2. Способ по п1, отл и ч а ю щи йс я тем, чтс время контакта ионита с производственным раствором задают равным времени сокращения длины нитей, 1781205

ГМН

Т—

LG0H + gg 1; /,Н О

000Н

ОН

+ HQO йеханицесюе расл1аж РНи.Е

+4НИ

-I,SCI .

Составитель В. Селеменев

Техред M,Моргентал Корректор С. Пекарь

"едактор

Заказ 4251 Тира>к Подписное

ВНИ!ЛПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101