способ разделения фенилаланина и хлорида натрия стационарным диализом

Формула изобретения

Способ разделения фенилаланина и хлорида натрия стационарным диализом, включающий подачу исходного раствора с одной стороны сульфокатионообменной мембраны МК-40 с геометрически неоднородной поверхностью, а с другой ее стороны подачу дистиллированной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки и выделения аминокислот, в частности к разделению фенилаланина с неизрасходованными при микробиологическом синтезе минеральными компонентами.

Известны способы извлечения аминокислот из растворов ионным обменом [Селеменев В.Ф., Чиканов В.Н., Фрелих П. Влияние кинетики ионного обмена на получение высокочистого триптофана. // Высокочист. вещества. - 1991. № 1. С.97-102; Шолин А.Ф., Селеменев В.Ф., Орос Г.Ю. и др. Исследование работы крупногабаритного ионообменного фильтра в процессе выделения кристаллического лизина из культуралъной жидкости. // Теория и практика сорбционных процессов. Воронеж, 1981. № 14. С.107-110; 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 К., Sakairi Т., Yonemoto Т., Tadaki T. 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. P.209-216; Шапошник В.А., Елисеева Т.В., Текучее А.Ю., Лущик И.Г. Выделение аминокислот из смесей веществ электродиализом с ионообменными мембранами. // Теория и практика сорбционных процессов. Воронеж: ВГУ, 1999. Вып.25. С.53]. При ионном обмене возникает необходимость в проведении химической регенерации ионообменников, которая приводит к загрязнению окружающей среды, а электродиализ требует затрат электроэнергии.

Известен способ разделения фенилаланина и моносахарида (глюкозы) диализом с сульфокатионообменной мембраной МК-40 [Васильева В.И., Шапошник В.А., Овчаренко Е.О., Григорчук О.В. Разделение фенилаланина и глюкозы диализом с сульфокатионообменной мембраной. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2002. T.2. Вып.5-6. С.535-544].

Данный способ заключается в том, что используется диализная ячейка, собранная из двух секций, разделенных ионообменной мембраной с гладкой поверхностью. Исследуемый раствор подается в секцию 1, а через секцию 2 пропускают дисциллированную воду. Все эксперименты были проведены в сиационарных условиях.

К недостаткам способа можно отнести низкую скорость массопереноса веществ через мембрану.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в выявлении и использовании дополнительных эффектов, которые бы интенсифицировали массоперенос.

Техничекий результат заключается в интенсификации массопереноса фенилаланина и хлорида натрия через мембрану при стационарном диализе.

Технический результат достигается тем, что способ разделения фенилаланина и хлорида натрия стационарным диализом включает подачу исходного раствора с одной стороны сульфокатионообменной мембраны МК-40 с геометрически неоднородной поверхностью, а с другой ее стороны подачу дистиллированной воды.

Гетерогенная катионообменная мембрана МК-40 представляет собой композицию из полиэтилена и сульфированного сополимера стирола и дивинилбензола. Способ профилирования гетерогенных мембран в набухшем состоянии разработан и защищен патентом (Патент РФ № 2284851. 2006). Профилированные сульфокатионообменные мембраны отличаются улучшенными транспортными характеристиками за счет увеличения поверхности массообмена и возможности турбулизации потока раствора на элементах профиля. Доля активной поверхности для профилированной мембраны МК-40 возрастала в три раза по сравнению с гладкой мембраной, а влагоемкость возрастала на 10% при постоянной обменной емкости (~1,55 мг·экв/г) (Заболоцкий В.И. Физико-химические свойства профилированных гетерогенных ионообменных мембран. / В.И.Заболоцкий, С.А.Лоза, М.В.Шарафан // Электрохимия. - 2005. - Т.41, № 10. - С.1185-1192).

На фигуре 1 представлены концентрационные зависимости коэффициентов разделения фенилаланина и хлорида натрия при диализе эквимолярных смесей с профилированной мембраной МК-40 в водородной (1) и натриевой (2) формах.

Пример 1. Разделение фенилаланина и хлорида натрия методом стационарного диализа было проведено в проточной диализной ячейке, содержащей две секции, разделенные сульфокатионообменной профилированной мембраной МК-40. Модельные растворы эквимолярных концентраций готовили из реактивов классификации «ч.д.а.». Диализ проводился из нейтральных растворов, в которых аминокислота находилась в виде биполярных ионов. Выбранный диапазон концентраций фенилаланина составил 0,0010-0,1500 моль/дм³, максимальное значение концентрации ограничено его растворимостью. 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. Исследуемый раствор подавали в одну из секций диализной ячейки, а через смежную приемную секцию пропускали дистиллированную воду. Скорость подачи исследуемых растворов в приемной и отдающей секциях была одинакова и составляла 9,3·10^-3 см/с. Выбор скоростей обусловлен необходимостью получения воспроизводимых результатов при контроле изменения концентрации компонентов в секциях ячейки. Достижение стационарного состояния определялось по постоянству концентрации фенилаланина в приемной секции.

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

Концентрационная зависимость фактора разделения S_F фенилаланина и хлорида натрия при диализе эквимолярных смесей, вычисленного как отношение концентраций вытекающих растворов из приемной секции к поступающим в исходную секцию, представлена на фигуре 1. Наибольшая эффективность разделения фенилаланина и хлорида натрия характерна для мембраны в водородной форме. Установленный диапазон концентраций эквимолярных растворов, соответствующий максимуму фактора разделения (S_F=10), позволяет наиболее эффективно выделять аминокислоты из смесей с минеральными компонентами стационарным диализом с профилированной катионообменной мембраной МК-40.