双极性膜电渗析法处理乳酸三甲胺反萃液可行性研究

文章编号:1007-8924(2005)06-0051-04双极性膜电渗析法处理乳酸三甲胺反萃液可行性研究张秀宇余立新3戴猷元(清华大学化工系,北京100084)摘要:采用络合萃取法提取发酵液中的乳酸过程中,在利用三甲胺进行溶剂再生时,无法对生成的乳酸三甲胺进行加热分解.采用双极性膜电渗析法处理乳酸三甲胺反萃液,使溶剂再生,并获得乳酸产品.结果表明,用双极性膜电渗析处理乳酸三甲胺反萃液,可以得到纯乳酸,回收率可以达到90%以上.关键词:乳酸;三甲胺;络合萃取;双极性膜;电渗析中图分类号:TQ028.8文献标识码:B乳酸是一种重要的有机酸,广泛应用于食品、医药、印染、日用化妆品、皮革以及化学工业中.近年来,乳酸的应用领域不断拓展,其中用于制造生物可降解材料———聚乳酸是最新也是最具有发展潜力的用途之一.乳酸常见的工业生产方法是发酵法.从发酵液中回收乳酸的常见方法有钙盐沉淀-硫酸酸化法、普通蒸馏法、膜分离法、离子交换法、电渗析法和可逆络合萃取法等[1-5].可逆络合萃取法是一种比较令人满意的方法[6,7].对有机酸稀溶液的分离而言,可以利用挥发性有机碱的pH摆动效应进行络合萃取及溶剂再生[8].在这类工艺过程中,用含有络合剂的萃取溶剂提取稀溶液中的待分离溶质,选择合适的挥发性有机碱水溶液作反萃剂,对溶剂再生使其循环利用,同时对反萃液进行加热处理,可以分解生成的盐类,回收有机酸和挥发性有机碱.King等[9]研究了用长链叔胺萃取乳酸、丁二酸、反丁烯二酸,并利用三甲胺进行溶剂再生的过程.实验结果表明,在最后一步热再生过程中,对丁二酸和反丁烯二酸,加热反萃液时羧酸胺能够分解,生成可以循环利用的三甲胺和晶体状的酸.但是乳酸三甲胺不能实现这个过程,只留下一个黏性的溶液.本文拟将双极性膜电渗析法和溶剂萃取法结合,采用双极性膜电渗析处理乳酸三甲胺,得到乳酸产品和可以循环利用的三甲胺.利用这种方法,有望解决络合萃取中溶剂再生的问题;同时由于溶剂萃取过程对乳酸有纯化作用,不会因为大分子杂质对膜孔的堵塞而造成膜寿命的衰减,可以解决电渗析过程中的问题.1实验部分111材料乳酸:88%的水溶液(上海生物化工厂).三甲胺:33%的水溶液(江苏永华精细化学品有限公司).乳酸浓度采用酸碱滴定法测定.膜:双极性膜,阴离子交换膜.双极性膜为日本的BP-1型,阴膜为印度CentralSaltandMarineChemicalInstitute试制的均相膜.1.2实验装置和原理本实验中采用双极性膜/阴膜/双极性膜组成的两室双极性膜电渗析器,原理如图1所示.膜的有效尺寸为14.1cm×7.1cm.乳酸三甲胺水溶液离解成三甲胺阳离子(CH3)3NH+和乳酸根阴离子CH3C(OH)COO-,在电场作用下,乳酸根阴离子透收稿日期:2004-04-14;修改稿收到日期:2004-05-24作者简介:张秀宇(1978-),女,吉林省白山市人,硕士,研究方向:新型分离方法研究.3联系人.第25卷第6期膜科学与技术Vol.25No.62005年12月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYDec.2005©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net图1实验原理图Fig.1Schematicdiagramoftheexperiment过阴膜进入酸室,而三甲胺阳离子留在碱室.同时,在电场作用下,双极性膜中的水电离产生H+和OH-[10].其中OH-进入碱室与三甲胺阳离子结合成为三甲胺,而H+进入酸室,与乳酸根阴离子结合成为乳酸.于是酸室中产生的是纯的乳酸水溶液,可以通过进一步的浓缩得到纯乳酸制品.碱室中留下的是三甲胺和一部分尚未得到再生的乳酸三甲胺,这一部分溶液可以直接循环利用去再次反萃负载乳酸的萃取相,如图2所示.图2萃取-双极性膜电渗析联合过程提取乳酸概念流程图Fig.2ConceptualPFDofextraction-bipolarmembraneelectrodialysiahybridprocesstorecoverlacticacid实验为间歇操作,开始时在碱室放入一定浓度的乳酸和三甲胺水溶液,酸室中放入一定量的纯水.2结果与讨论2.1收率某次实验的条件如下.实验中溶液初始浓度:乳酸0.4mol/L,三甲胺0.47mol/L.电流密度:4012mA/cm2.由图3可以看出,酸室中乳酸的浓度随时间延续而增大,最初增大的速度很快,此后浓度增大的速度变慢,后期,浓度变化不明显,几乎保持恒定.由此计算出的乳酸收率为97%.图3乳酸浓度-时间图Fig.3Lacticacidconcentrationvsexperimenttim