Способ селективного извлечения доннановским диализом ионов электролита из раствора с фенилаланином

Авторы патента:

B01D61/46 - устройства для этих целей

B01D61/00 - Выпаривание (удаление накипи B08B; получение крахмала C08B 30/00; производство сахара C13, предупреждение накипи C23F; парообразование твердых материалов или их ожижение F26)

Владельцы патента RU 2618839:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") (RU)

Изобретение относится к способу очистки аминокислот. Описан способ деминерализации нейтрализационным диализом смешанного раствора аминокислоты и соли, включающий подачу смеси раствора фенилаланина и хлорида натрия в среднюю секцию трехсекционного диализатора, ограниченную мембранами разной природы фунциональных групп с геометрически неоднородной профилированной поверхностью, подачу в режиме противотока через смежную с катионообменной мембраной секцию раствора фенилаланина, а через смежную с анионообменной мембраной секцию - раствора хлорида натрия. Технический результат заключается в способе селективного извлечения ионов электролита из смешанного раствора с фенилаланином стационарным нейтрализационным диализом с профилированными ионообменными мембранами разной природы фунциональных групп. 3 ил.

Изобретение относится к способу очистки аминокислот, в частности, от минеральных компонентов, содержащихся в промывных водах микробиологического производства.

Известны способы выделения и очистки аминокислот из смешанных растворов с минеральными солями ионным обменом [Ионообменные методы очистки веществ // Под ред. Г.А. Чикина, О.Н. Мягкова. Воронеж: ВГУ, 1984. 372 с.] и электромембранными методами [Заболоцкий В.И., Гнусин Н.П., Ельников Л.Ф. Исследование процесса глубокой очистки аминокислот от минеральных примесей электродиализом с ионообменными мембранами // Журн. прикл. химии. 1986. Т. 59. С. 140; Sato K., Sakairi Т., Yonemoto Т., Tadaki Т. The desalination of mixed solution of on amino acid and an inorganic salt by means of electrodialysis with charge-mosaic membranes // J. Membrane Sci. 1995. Vol. 100. Р. 209-216]. Недостатком ионного обмена является необходимость химической регенерации ионообменных мембран, которая приводит к загрязнению окружающей среды, а электродиализ требует высоких затрат электроэнергии. 1. Наиболее близким по совокупности признаков к описываемому способу является применение нейтрализационного диализа при извлечении электролитов [U.S. Patent 4769152, МПК B01D 61/24; C02F 1/469; опубл. 1988-09-06; 5. Denisov G.A. Theoretical analysis of neutralization dialysis in the three-compartment membrane cell / G.A. Denisov, G.A. Tishchenko, M. Bleha, L.K. Shataeva // J. Membr. Sci. - 1995. - V. 98, №1-2. - P. 13-25; Igawa M. Transport Characteristics of Neutralization Dialysis and Desalination of Tap Water / M. Igawa, K. Mikami, H. Okochi // Bull. Chem. Soc. Jpn. - 2003. - V. 76. - P. 437-441], разделении слабых кислот и оснований [Tanabe Н. Separation of Weak Acids and Bases by Neutralization dialysis / H. Tanabe, H. Okochi, M. Igawa // Ind. Eng. Chem. Res. - 1995. - V. 34. - P. 2450-2454]. В работе [Wang G. Transport of glycine by neutralization dialysis / G. Wang, H. Tanabe, M. Igawa // J. Membr. Sci. -1995. - V. 106. - P. 207-211] установлены возможные потери алифатической аминокислоты глицина через катионо- AMV и анионообменную CMV мембраны при нейтрализационном диализе ее индивидуального раствора.

Однако нейтрализационный диализ ранее не был использован как способ деминерализации смешанных растворов аминокислоты с солями.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышение эффективности разделения раствора смеси фенилаланина и хлорида натрия.

Технический результат заключается в способе селективного извлечения ионов электролита из смешанного раствора с фенилаланином стационарным нейтрализационным диализом с профилированными ионообменными мембранами разной природы фунциональных групп.

Технический результат достигается тем, что способ деминерализации нейтрализационным диализом смешанного раствора аминокислоты и соли включает подачу раствора смеси в среднюю секцию трехсекционного диализатора, ограниченную мембранами с разной природы фунциональных групп с геометрически неоднородной профилированной поверхностью, подачу раствора кислоты в режиме противотока через смежную с катионообменной мембраной секцию, а через смежную с анионообменной мембраной - раствора щелочи.

Предлагаемый способ предназначен для селективного извлечения ионов электролита из смешанных растворов хлорида натрия и фенилаланина нейтрализационным диализом с использованием катионообменной и анионообменной мембран с геометрически неоднородной профилированной поверхностью. Гетерогенная сильнокислотная сульфокатионообменная мембрана представляет собой композицию из полиэтилена и сульфированного сополимера стирола и дивинилбензола, гетерогенная анионообменная смешанной основности мембрана является продуктом поликонденсации полиэтиленполиамина с эпихлоргидриномом. Способ профилирования гетерогенных мембран в набухшем состоянии разработан и защищен патентом [Пат. РФ 2284851, МПК B01D 61/52, опубл. 10.10.2006]. Профилированные ионообменные мембраны отличаются улучшенными транспортными характеристиками за счет увеличения поверхности массообмена и возможности турбулизации потока раствора на элементах профиля. По сравнению с гладкой мембраной доля активной ионопроводящей поверхности для профилированных мембран больше в два-три раза, а влагоемкость на 30%. Мембраны кондиционировали в соответствии с общепринятой методикой [Березина Н. П. Физико-химические свойства ионообменных материалов: практикум. Краснодар: изд-во Кубанского гос. ун-та, 1999. 82 с. ], а затем переводили в требуемую ионную форму: катионообменную мембрану - в водородную, а анионообменную - в гидроксильную.

Способ деминерализации нейтрализационным диализом смешанных растворов фенилаланина и хлорида натрия выполняли в плоскокамерном диализаторе непрерывного действия, схема которого представлена на фиг. 1. Корпус диализатора был изготовлен из органического стекла и состоял из трех блоков-секций, разделенных катионообменной (МК) и анионообменной (МА) мембранами. Рабочая высота мембраны составляла 4,3 см, расстояние от мембраны до параллельной ей стенки кюветы составляло 0,6 см, ширина рабочей части мембраны 1,8 см. Исходный раствор (диализат) подавали в секцию 3 аппарата снизу вверх со скоростью 4,5⋅10^-2 см/с, а через смежную с катионообменной мембраной приемную секцию 2 в режиме противотока пропускали раствор кислоты (диффузат), в секцию 1, смежную с анионообменной мембраной, - раствор щелочи (диффузат) со скоростью 5,8⋅10^-3 см/с. Выбор соотношения скоростей обусловлен необходимостью получения воспроизводимых результатов при контроле изменения концентрации компонентов в секциях диализатора. Нейтрализационный диализ осуществляли в стационарном режиме, достижение стационарного состояния определялось по постоянству концентрации компонентов в вытекающем из приемной секции растворе (пермеате).

Модельные растворы готовили из реактивов классификации «ч.д.а.». Нейтрализационный диализ проводился из растворов, в которых аминокислота находилась преимущественно в виде биполярных ионов, так как величины pH исследуемых растворов имел значения 5,20-5,60, близкие к величине изоэлектрической точки фенилаланина pI=5,91. Выбранный диапазон концентраций хлорида натрия и фенилаланина в смешанных эквимолярных растворах составил 0,0010-0,1500 моль/дм³, максимальное значение концентрации ограничено растворимостью фенилаланина. Концентрации растворов соляной кислоты и гидроокиси натрия в диффузате составляли 0,3 М.

Контроль изменения концентрации аминокислоты в приемной секции осуществлялся спектрофотометрически на спектрофотометре СФ-46 при длине 257 нм, ионов натрия - методом эмиссионной фотометрии пламени на пламенно-фотометрическом анализаторе жидкостей ПАЖ-1, хлорид-ионов - методом аргентометрии.

На фиг. 2 представлены концентрационные зависимости потоков ионов натрия (1), хлорид-ионов (2) и фенилаланина (3, 4) при нейтрализационном диализе эквимолярных смесей через профилированные мембраны МК-40 (1, 3) и МА-40 (2, 4) при концентрации кислоты и щелочи в диффузате C₀(HCl)=C₀(NaOH)=0,3M.

Причиной значительного превышения потоков минеральных ионов по сравнению с аминокислотой во всем диапазоне концентраций является сохранение биполярной формы фенилаланина в растворе диализата, имеющего значение рН=5,80-6,50 вследствие переноса ионов водорода через катионообменную и гидроксид-ионов через анионообменную мембраны из растворов диффузата. При нейтрализационном диализе раствора смеси минерального компонента и аминокислоты между водородными противоионами катионообменника и катионами металла, а также между гидроксильными противоионами анионообменника и анионами металла протекают реакции ионного обмена. Ионы натрия (хлорид-ионы) из раствора диализата переходят через катионообменную (анионообменную) мембрану в раствор диффузата, а ионы водорода (гидроксила) кислоты (щелочи) переносятся в противоположном направлении.

Концентрационная зависимость фактора разделения S_F биполярных ионов фенилаланина и минеральных ионов (хлорид-ионы - кривая 1, ионы натрия - кривая 2), вычисленного как отношение концентраций минерального компонента и аминокислоты в вытекающем из приемной секции растворе к их отношению в растворе, поступающему в исходную секцию, при нейтрализационном диализе их эквимолярных смесей представлена на фиг. 3.

С увеличением концентрации смешанных эквимолярных растворов хлорида натрия и фенилаланина наблюдалось падение фактора разделения как для катионообменной, так и для анионообменной мембран. Однако для всего исследуемого диапазона концентраций был характерен селективный перенос минеральных ионов по сравнению с аминокислотой, максимальные потери которой составили менее 0,3%.

Способ деминерализации нейтрализационным диализом смешанного раствора аминокислоты и соли, включающий подачу смеси раствора фенилаланина и хлорида натрия в среднюю секцию трехсекционного диализатора, ограниченную мембранами разной природы функциональных групп с геометрически неоднородной профилированной поверхностью, подачу в режиме противотока через смежную с катионообменной мембраной секцию раствора фенилаланина, а через смежную с анионообменной мембраной секцию - раствора хлорида натрия.

Изобретение относится к мембранной технике и технологии, а именно к технике электродиализа. Способ изменения характеристик электродиализатора с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, включающий подачу в электродные камеры электродиализатора раствора серной кислоты с концентрацией 0,025 М, в камеры обессоливания - 0,005-0,01 М раствора анилина в минеральной кислоте с концентрацией ионов водорода 0,05 М, а в камеры концентрирования - раствора соли с концентрацией 0,0005-0,015 М, в которой анион кислотного остатка является окислителем, в минеральной кислоте с концентрацией ионов водорода 0,05 М, при плотности тока равной 100-400 А/м2 в течение 60-120 мин, с последующим промыванием емкостей и камер электродиализатора дистиллированной водой, после чего электродиализатор выдерживают под током плотностью 100 А/м2 в течение 60 мин при подаче во все камеры электродиализатора 0,025 М раствора серной кислоты.

Производство суспензий высокой чистоты, содержащих осажденные оксиды кремния, с помощью электродиализа // 2538594

Настоящее изобретение относится к суспензиям, содержащим очень малое количество солей и содержащим, по меньшей мере, один осажденный оксид кремния. Предложен способ получения суспензий, имеющих низкое содержание соли и включающих, по меньшей мере, один осажденный оксид кремния, включающий стадии: обеспечение суспензии, содержащей, по меньшей мере, один осажденный оксид кремния; доведение рН суспензии до величины 0,5-5, если рН суспензии, полученной на предыдущей стадии, не находится в указанном интервале; очистка суспензии с помощью электродиализа, причем устройство для электродиализа включает одну или более ячейку электродиализа, в каждой из которых область, содержащая продукт, отделена от области, содержащей католит, с помощью катионообменной мембраны, а расстояние между электродами составляет от 2 до 200 мм, и применяют потенциал от 5 до 1000 В.

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа // 2528263

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методом электрофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Электродиализатор с многослойной жидкой мембраной // 2522333

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и может быть использовано для деминерализации природных и сточных вод методом электродиализа в атомной энергетике, в электронной, медицинской, фармацевтической, химической, пищевой отраслях промышленности.

Восстановление лития из водных растворов // 2470878

Изобретение относится к восстановлению лития из водных растворов, таких как сырьевые потоки, применяемые в производстве литий-ионных батарей, или образованные при извлечении лития из материалов на основе руды.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа // 2411986

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии. .

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа // 2403957

Изобретение относится к аппаратам для разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.

Способ концентрирования растворов электролитов и электродиализатор для его осуществления // 2398618

Изобретение относится к способу концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы.

Установка для декарбонизации растворов, содержащих гидроксид щелочного металла // 2213611

Изобретение относится к регенерации электролитов и может быть использовано для удаления карбонатности из отработанного щелочного электролита с одновременным получением водного раствора гидроксида щелочного металла, например калия, высокой степени очистки и сухого поташа.

Электродиализатор // 2201793

Изобретение относится к техническим средствам процесса обессоливания воды электродиализом в электродиализаторах с ионообменными мембранами. .

Способ утилизации факельных газов // 2608038

Изобретение относится к способу утилизации факельных газов, включающему отбор сбросных факельных газов, компрессию и извлечение сероводорода и других кислых компонентов факельных газов регенерированным водным раствором амина, отделение полунасыщенного амина от сжатого газа, регенерацию раствора амина.

Способ и аппаратура для извлечения соединений серы в потоке углеводорода // 2605747

Настоящее изобретение относится к способу экстрагирования соединений серы в потоке углеводорода. Способ включает подачу потока углеводорода, содержащего соединения серы, в зону предварительного промывания, содержащую аммиак, отбор потока подвергнутого предварительному промыванию углеводорода из зоны предварительного промывания и подачу потока подвергнутого предварительному промыванию углеводорода в зону массопереноса для экстрагирования одного или нескольких тиольных соединений из потока подвергнутого предварительному промыванию углеводорода.

Способ регенерации хлористого лития, диметилацетамида и изобутилового спирта или хлористого лития и диметилацетамида из технологических растворов производства параарамидных волокон // 2601459

Изобретение относится к способам очистки сточных вод и регенерации органических растворителей и минеральных веществ и может быть использовано в производстве синтетических волокон для повторного использования диметилацетамида (ДМАА), изобутилового спирта (ИБС) и хлористого лития и для организации водооборотной системы.

Способ очистки воды и устройство для его осуществления // 2597387

Изобретение относится к способам очистки воды от растворенных органических веществ и может быть использовано для очистки природных и сточных вод. Способ включает предварительное полное газонасыщение обрабатываемой воды газами-окислителями и каталитическое окисление компонентов водного раствора в мембранном реакторе.

Способ очистки жидкости и система для его реализации // 2577835

Изобретение относится к технологиям очистки и/или обессоливания жидкости, преимущественно воды, для бытового и/или питьевого водоснабжения, с рециркуляцией и пневматическим запуском и предназначено для использования в бытовых и/или промышленных условиях, на дачных и садовых участках.

Способ газоразделения и газоразделительное устройство // 2571636

Заявляемая группа технических решений относится к области мембранного газоразделения. Способ газоразделения состоит в том, что предварительно сжатую газовую смесь подают в газоразделительное устройство с мембранными элементами (2), где происходит разделение потока газовой смеси на пермеат и ретентат, и продувают пермеат, при этом продувку пермеата осуществляют газовой смесью, отбираемой со входа газовой смеси (3) газоразделительного устройства.

Газоперерабатывающий и газохимический комплекс // 2570795

Изобретение относится к газоперерабатывающему и газохимическому комплексу, включающему газоперерабатывающий сектор, в котором в качестве сырья звена подготовки сырья 1.1 подается природный углеводородный газ с получением очищенного и осушенного газа и кислого газа, направляемых, соответственно, в звено низкотемпературного фракционирования сырья 1.2 и в звено получения элементарной серы при присутствии сероводорода в исходном сырье 1.5, звена получения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.3 подается метановая фракция со звена 1.2 с получением азота, гелиевого концентрата, направляемого на звено получения товарного гелия 1.6, и метановой фракции, звена получения суммы сжиженных углеводородных газов (СУГ) и пентан-гексановой фракции 1.4 подается ШФЛУ со звена 1.2 с получением пропановой, бутановой, изобутановой и пентан-гексановой фракции, пропан-бутана технического и автомобильного, сектор по сжижению природных газов, состоящий из звена сжижения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.12, соединяющегося потоком метановой фракции из звена 1.3, и звена сжижения этановой фракции 1.13, соединяющегося потоком этановой фракции из звена 1.2 с получением товарного газа, газохимический сектор, в котором в качестве сырья звена получения этилена 1.7 подается со звена 1.2 этановая фракция с получением этилена и водорода, звена получения пропилена 1.8 подается со звена 1.4 пропановая фракция, звена получения синтез-газа, метанола и высших спиртов, аммиака 1.10 подается со звеньев 1.12, 1.1 и 1.7-1.8, соответственно, товарный газ, кислый газ и водород с получением метанола и аммиака, звена получения полимеров, сополимеров 1.9 подается из звеньев 1.8 и 1.7, соответственно, пропилен и частично этилен с получением полиэтилена, сополимера и полипропилена, звена получения этиленгликолей 1.11 подается со звена 1.7 оставшаяся часть этилена с получением моно-, ди- и триэтиленгликолей, сектор подготовки конденсата, в котором в качестве сырья звена стабилизации конденсата 1.14 подается нестабильный газоконденсат, звена получения моторных топлив 1.15 подается стабильный газоконденсат, пентан-гексановая фракция и водород, соответственно, со звеньев 1.14, 1.4 и 1.7-1.8 с получением высокооктанового автобензина, керосиновой и дизельной фракций, при этом отводимые предельные углеводородные газы со звена 1.15 и газ стабилизации со звена 1.14 направляются в звено 1.1, с учетом того, что перемещение технологических потоков между смежными секторами обеспечивается дополнительными перекачивающими станциями.

Мембранная фильтрация и мембранный фильтрационный узел // 2560574

Изобретение относится к молочной промышленности, а именно к способу обработки молочных продуктов посредством мембранной фильтрации и мембранному фильтрационному узлу для осуществления этого способа.

Способ утилизации нефтезаводских факельных газов // 2558886

Изобретение относится к способам переработки газов. Cпособ утилизации факельных газов, включающий двухступенчатое сжатие факельных газов жидкостно-кольцевым компрессором с использованием на первой ступени сжатия водного раствора алканоламина в качестве рабочей жидкости, сепарацию компрессата первой ступени сжатия с получением обессеренного газа, углеводородного конденсата и насыщенного сероводородом алканоламинового абсорбента, сжатие обессеренного газа на второй ступени жидкостно-кольцевым компрессором с использованием в качестве рабочей жидкости углеводородного абсорбента, охлаждение и сепарацию компрессата второй ступени сжатия с получением отбензиненного газа, водного конденсата и абсорбата.

Водоочистительная установка // 2641923

Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано в области питьевого водоснабжения для глубокой очистки питьевой водопроводной воды. Водоочистительная установка содержит программируемый блок управления 27, фильтры грубой 1 и тонкой 2 механической очистки, первый 3 и второй 4 обратноосмотические мембранные фильтры, насос 5 для перекачивания воды, входной 9 и выходной 33 электромагнитные клапаны, электронный датчик давления 8; вмонтированные в трубопровод по потоку счетчики расхода воды 10,11, 12 с первого по третий, первый 13 и второй 14 узлы контроля концентрации примесей в воде, первый 15 и второй 16 датчики "сухого хода", реле давления 17 очищенной воды, обратный клапан 18, запорные краны 19, 20, 21, 22 с первого по четвертый, манометры 23, 24, 25, 26 с первого по четвертый, камеру ультрафиолетового облучения 7. Изобретение позволяет получить на выходе установки очищенную воду требуемого качества в зависимости от ее дальнейшего использования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.