电渗析技术用于猪毛水解液脱酸的研究_赵敏

电渗析技术用于猪毛水解液脱酸的研究赵敏杨向民杨洪万(华东理工大学化学系上海200237)摘要利用上海华凯科技贸易公司制作的HF系列离子交换膜为隔膜的电渗析器对猪毛水解液进行电渗析脱酸,研究了脱酸过程中浓缩室、淡化室酸度变化及电流效率。关键词电渗析离子交换膜脱酸我国是胱氨酸生产、出口大国,但在传统的生产工艺中,猪毛酸解提取法一般为5.5%的收率,而研究表明猪毛中胱氨酸的含量为14%,即在工艺中大部分产物流失。究其原因,汤家芳[1]认为:电解质是影响产物析出的原因之一。作为电解质的盐主要来自于酸的中和。为此,我们采用HF101阳离子交换膜、HF201阴离子交换膜组成膜堆对水解液直接进行电渗析脱酸,以代替常规的碱中和工艺。本课题以水解液的第一道中和液为研究对象,研究了电渗析脱酸过程中浓缩室、淡化室的酸度变化及电流效率,结果表明本工艺替代碱中和是可行的。1实验部分1.1试剂和仪器试剂:硫酸、盐酸、氢氧化钠、氨水为化学纯;水解液由上海维康氨基酸实业有限公司提供。仪器:碱式滴定管;电渗析器(200×400mm自制);JWL—30Ⅲ恒电流仪(上海第二电表厂);氟塑料磁力驱动泵(江苏太仓磁力驱动泵厂)。1.2分析方法酸度分析方法:标准碱滴定法胱氨酸含量测定:氧化—还原滴定法[2]1.3电渗析脱酸原理[3,4]与结构配件在直流电场下,阴阳离子作定向移动。OH-透过阴膜AM2进入淡化室D与其中的H+结合生成水,使D室酸度降低;同时,Cl-透过阴膜AM1,进入浓缩室C与从阳极室K透过来的H+结合成盐酸,使C室酸浓度上升。各室由磁力泵循环供液,经过足够的时间或循环次数,D室酸的浓度降至所需浓度,达到脱酸目的;C室酸浓度上升,可以回收再利用。CM:HF101阳离子交换膜AM1、AM2;HF201阴离子交换膜K:阳极室,C:浓缩室D:淡化室,A:阴极室图1电渗析脱酸原理图Fig1Theprincipleofelectrodialyticaldeacidify1.4实验操作(1)C室、D室、K室、A室各加入一定体积浓度溶液;(2)四台泵同时启动,调节回流阀,控制进槽流量,压力;(3)控制一定的电流进行电渗析操作;·49·氨基酸和生物资源AminoAcids&BioticResources1999,21(3):49～51收稿日期:1999—07—02DOI:10.14188/j.ajsh.1999.03.017(4)每经过一定时间取样分析酸的浓度;(5)当酸浓度达到一定时,停止电渗析,用氨水调节至pH=4.82结果与讨论2.1由图2、图3可见,经过一定时间电渗析,浓缩室酸浓度升高,达到浓缩酸的目的,淡化室浓度降低,达到脱酸目的。由图2可以看到,经电渗析一定时间后D室盐酸浓度可达2mol/L以上,经分析纯度达化学纯,可在后续工艺中使用。2.2由图4可见,在电渗析开始阶段,各室电流效率均较高。以后随着电渗析的进行,浓缩室,淡化室的电流效率均下降。在电渗析后期,即使浓缩室酸浓度大于淡化室,电流效率也基本上处于平衡状态。这是因为在初始阶段浓缩室酸浓度很低,两室浓差较大,除了电场推动力外,还存在浓差扩散作用。故此时电流效率高于100%;然后,各室浓度有了较大的变化,即使浓度仍然存在,但随着浓室温度的上升,酸的扩散反渗也突出了。表现为在电场作用下,氯离子透过CM膜到阳极室,被氧化放出氯气;同样,氢离子透过AM到淡室。这样,浓、淡两室电流效率都降低,到了后期,渗析与反渗达到了平衡。2.3由表1可见,电渗析后浓缩室胱氨酸含量为0.02g/100ml,胱氨酸损失很少。电渗析后,酸浓度为原液的1/4,致使中和的碱用量减少,相应母液中盐浓度也降低,母液中胱氨酸含量也有所减小。可以认为,电解质浓度的降低改变了胱氨酸在母液中的溶解度。按照传统工艺,每料400kg猪毛得870L水解液,加碱中和后得到1260L滤液,其中含0.65%胱氨酸,损失8.2kg左右。而本工艺损失5.7kg,两者相差2.5kg。以老工艺5.5%收率计算,生产一吨胱氨酸需18.2吨猪毛,那么本工艺第一道可多得114kg胱氨酸。2.4HF101、HF201离子交换膜用于猪毛水解液酸性介质,性能可靠。回收的酸能够达到一定浓度和纯度,使其可以在后续工艺中利用,既可降低成本,又可减少污染。—●—C室—○—D室图2电渗析时间与氢离子浓度关系Fig2Relationshipbetweenconcentrationofhydro-genionandtimeofelectrodialysis—●—C室—○—D室图3D室、C室浓度与电渗析时间的关系Fig3RelationshipbetweenconcentrationofD、Ccompartmentandtimeofelectrodialysis—●—C室—○—D室图4D室、C室电