一种双极膜电渗析装置及利用其制备再生碱的方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种双极膜电渗析装置及利用双极膜电渗析装置制备再生碱的方法和应用，包括：采用双极膜电渗析BP

【技术实现步骤摘要】
一种双极膜电渗析装置及利用其制备再生碱的方法和应用


[0001]本专利技术涉及物理化学装置制造及应用
，更具体的说是涉及一种双极膜电渗析装置及利用双极膜电渗析装置制备再生碱的方法和应用。

技术介绍

[0002]双极膜电渗析是一种具有高效率和环境友好的生产有机酸的技术。目前利用双极膜电渗析技术处理含有硫酸铵、氯化铵等杂质的谷氨酸等电母液，最后在盐室得到脱盐的母液，在酸室得到谷氨酸以及硫酸、盐酸；或利用双极膜电渗析处理蛋氨酸盐碳酸盐混合溶液，从而制备高纯度蛋氨酸和无机碱。同时双极膜电渗析也是一种高效生产葡萄糖酸的技术，可以替代传统的离子交换酸化技术。在实际情况中，双极膜系统本身工作顺利，葡萄糖酸钠转化率可高于90％，葡萄糖酸的能耗相对较低，为280
‑
350kWh/t。但再生碱纯度不理想，浓度低，碱溶液中还含有少量的有机盐，而这些有机盐的存在会导致排放废水中的COD急剧增加。
[0003]虽然，微生物发酵是目前合成葡萄糖酸的优势技术，但发酵产物杂质较多难以分离。目前通过葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶进行酶催化，由于产物选择性高、制备条件温和、酶反应过程环境友好等优点，成为发酵的一种新兴选择。在专利CN104450806B就有提到在葡萄糖氧化酶的催化下将葡萄糖氧化为葡萄糖酸和过氧化氢，而产生的过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解为氧气和水。为了维持两种酶的活性，加入氢氧化钠调节pH，最后得到产物葡萄糖酸钠。双酶法应用广泛，具有操作时间短、产品纯度高、废物少等优点。但所用的氢氧化钠是另外配制的碱溶液，需要额外的操作条件。然而，无论采用何种方法，合成葡萄糖酸通常会产生大量的高盐废水，对环境造成很大的负担。事实上，废水中的盐分主要是由pH调节和酸化步骤产生的。为了保持微生物或生物酶的最佳条件，通常需要消耗氢氧化钠来维持发酵或酶促反应的pH值6.0
‑
7.0左右。
[0004]为了提高双极膜电渗析在各种有机酸中的推广应用，需要提高双极膜电渗析产碱的纯度，增加再生碱的用途。因此，如何提高了双极膜电渗析中再生碱氢氧化钠的浓度和纯度是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种双极膜电渗析装置及利用其制备再生碱的方法和应用，本专利技术通过采用双极膜和酶催化系统耦合，首先利用双极膜电渗析提高产碱的纯度和浓度，同时以能源消耗、电流效率、生成烧碱的纯度和浓度来评价电渗析的性能；其次将再生碱氢氧化钠用于双酶法催化葡萄糖生产中，可作为双极膜电渗析料液的葡萄糖酸钠。本专利技术设计的整个过程形成闭路循环生产葡萄糖酸，不仅提高再生碱纯度和浓度，而且减少含有机盐废水的排放，降低对环境的污染。
[0006]为了实现上述效果，本专利技术目的之一提供一种双极膜电渗析装置；
[0007]具体包括：双极膜电渗析膜堆以及位于所述双极膜电渗析膜堆两侧的阳极板和阴
极板；
[0008]其中，所述双极膜电渗析膜堆是由若干个阳离子交换膜和若干个双极膜以及若干个流道隔网组成；
[0009]所述双极膜电渗析膜堆内采用BP
‑
C的结构，构成料液室和碱室，且通过隔板分开；其中，所述料液室通过管路与料液相连，所述碱室与碱室液相连；
[0010]所述阳极板与所述阴极板和相邻膜之间形成极室，且所述极室之间串联，所述极室连接极室液；
[0011]还包括：蠕动泵，在所述蠕动泵的驱动下，所述料液室、所述碱室和所述极室之间的溶液和连接的所述料液、所述碱室液之间形成循环流动。
[0012]优选的，所述阳离子交换膜为5个和所述双极膜的个数为6个；
[0013]和/或，所述流道隔网的个数为11个。
[0014]优选的，所述阳离子交换膜和所述双极膜的有效面积为均为189cm2；所述隔板为硅胶隔板，且厚度为0.8mm。
[0015]优选的，还包括电导率传感器，所述电导率传感器位于所述料液室内。
[0016]优选的，所述阳离子交换膜为日本Astom公司生产的CMX，所述双极膜为日本Astom公司生产的BP
‑
1。
[0017]本专利技术的目的之二是提供一种利用双极膜电渗析装置制备再生碱的方法，具体包括如下步骤：
[0018]1)将葡萄糖酸钠溶液通入到所述的双极膜电渗析装置的料液室中，将纯水通入到碱室中，并通过电导率传感器监测料液室的电导，并将硫酸钠溶液通入极室中；
[0019]其中，所述葡萄糖酸钠溶液、所述纯水、所述硫酸钠溶液所用体积均相同；
[0020]2)将所述的双极膜电渗析装置与电源连接，并施加恒定电流，所有腔室流速控制在4cm/s，控制电流密度在20～60mA/cm2，完成葡萄糖酸和氢氧化钠的生产。
[0021]优选的，步骤1)所述葡萄糖酸钠溶液、所述纯水、所述硫酸钠溶液反应过程中所用体积均为500ml，且所述葡萄糖酸钠溶液的质量浓度为30％，所述硫酸钠溶液的浓度为0.3mol/L。
[0022]优选的，步骤1)所述碱室内溶液的体积为500ml，且所述料液与所述碱室体积比为5:1、2:1或1:1。
[0023]本专利技术的目的之三是提供一种所述利用双极膜电渗析装置制备再生碱应用于酶催化处理过程中，具体操作如下：
[0024]向配置的葡萄糖溶液中加入溶解了GOD和CAT的磷酸盐缓冲溶液，在恒温水浴中进行酶促反应，在酶反应过程中，加入权利要求6或7制备的再生碱即NaOH溶液调节反应的pH；酶反应结束后，在沸水中加热1h使酶失活，在90000rpm条件下离心10min得到悬浮液。
[0025]优选的，所述配置的葡萄糖溶液浓度为20g/L，体积为25mL；所述溶解了GOD和CAT的磷酸盐缓冲溶液提及为10μL，且所述GOD的浓度为16mg/L，GAT的浓度为12mg/L。
[0026]优选的，所述恒温水浴反应温度为40℃，pH＝6
‑
7，酶反应过程中转速为150rpm。
[0027]综上所述，本专利技术至少具备如下优势：
[0028](1)本专利技术设计的双极膜电渗析装置大幅度地提高了制备再生碱氢氧化钠的浓度和纯度，有效地增加了氢氧化钠的经济利用性和价值，实现了化工过程的经济化。
[0029](2)本专利技术生产的氢氧化钠可用于调节酶催化反应的pH，促进葡萄糖转化为葡萄糖酸钠，葡萄糖酸钠又可作为双极膜电渗析的料液，实现闭路循环，实现绿色生产葡萄糖酸。
[0030](3)本专利技术有效地将双极膜电渗析和酶催化过程耦合，减少了双极膜电渗析中的葡萄糖酸盐和副产物再生碱直接排放对环境的污染，又将其用于酶催化。既实现了废物利用，又提高了过程的低碳循环。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极膜电渗析装置，其特征在于，包括：双极膜电渗析膜堆以及位于所述双极膜电渗析膜堆两侧的阳极板和阴极板；其中，所述双极膜电渗析膜堆是由若干个阳离子交换膜和若干个双极膜以及若干个流道隔网组成；所述双极膜电渗析膜堆内采用BP
‑
C的结构，构成料液室和碱室，且通过隔板分开；其中，所述料液室通过管路与料液相连，所述碱室与碱室液相连；所述阳极板与所述阴极板和相邻膜之间形成极室，且所述极室之间串联，所述极室连接极室液；还包括：蠕动泵，在所述蠕动泵的驱动下，所述料液室、所述碱室和所述极室之间的溶液和连接的所述料液、所述碱室液之间形成循环流动。2.根据权利要求1所述的一种双极膜电渗析装置，其特征在于，所述阳离子交换膜为5个和所述双极膜的个数为6个；和/或，所述流道隔网的个数为11个。3.根据权利要求1所述的一种双极膜电渗析装置，其特征在于，所述阳离子交换膜和所述双极膜的有效面积为均为189cm2；所述隔板为硅胶隔板，且厚度为0.8mm。4.根据权利要求1所述的一种双极膜电渗析装置，其特征在于，还包括电导率传感器，所述电导率传感器位于所述料液室内。5.一种利用双极膜电渗析装置制备再生碱的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)将葡萄糖酸钠溶液通入到权利要求1
‑
4任一所述的双极膜电渗析装置的料液室中，将纯水通入到碱室中，并通过电导率传感器监测料液室的电导，并将硫酸钠溶液通入极室中；其中，所述葡萄糖酸钠溶液、所述纯水、所述硫酸钠溶液所用体积均相同；2)将权利要求1
‑
4任一所述的双极膜电渗析装置与电源连接，并施加恒定...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，王皝莹，汪耀明，蒋晨啸，吴亮，闫军营，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：