一种原位分离水相中低浓度有机物的方法技术

本发明专利技术属于生物化工领域，具体涉及一种原位分离水相中低浓度有机物的方法。将膜组件浸没在待分离料液中，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；进而实现低浓度有机物与水相的分离。本发明专利技术利用多孔膜作为支撑，结合了支撑液膜和膜蒸馏两个过程，具有两者的优点，同时避免了两者的缺点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于生物化工领域，具体涉及。将膜组件浸没在待分离料液中，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；进而实现低浓度有机物与水相的分离。本专利技术利用多孔膜作为支撑，结合了支撑液膜和膜蒸馏两个过程，具有两者的优点，同时避免了两者的缺点。【专利说明】
本专利技术属于生物化工领域，具体涉及。
技术介绍
很多化学或生物过程中，由于产物本身的毒性或反馈抑制，其终浓度比较低。生物发酵产品这一现象尤其明显，终产物一般都在10wt%以下。如氨基酸为l-5wt%，抗生素为0.l-3wt%，生物丁醇通常低于lwt%。若产品本身沸点较高，不易挥发，则低浓度会导致精馏成本偏高。高效低成本的分离纯化工艺的开发是提高经济效益的重要途径。原位分离技术是克服产物抑制的有效方法。原位分离是指同时完成反应和分离两个过程，其优点包括:在反应过程中将有抑制作用的产物分离，可以提高总收率和处理能力，减少反应设备投资；放热反应中可直接利用反应热供分离过程使用；常用的原位分离技术包括萃取、吸附、气提技术等以及膜技术包括膜蒸馏、渗透汽化、膜萃取以及液膜等。专利201110039036提出了一种丙酮丁醇发酵分离耦合的工艺方法和装置，该专利技术利用了萃取及精馏技术，能够有效消除丙酮一丁醇发酵的产物抑制作用、提高产物产量和原料利用率，而且可以有效降低生产能耗和成本。液液萃取速度快，分离因子高，但通常要使用大量萃取剂，萃取剂与反应体系易乳化，萃取剂对催化剂(或菌体)常有抑制或毒害作用。这些问题阻碍萃取在原位分离中的大规模应用。专利200710062809.7提出CO2循环气提在线分离耦合制备乙醇的方法及设备。利用CO2循环气提降低产物浓度，并设计多种在线分离装置，强化单元操作，延长批次发酵时间和提高乙醇生产强度，有效降低了生产成本，提高了生产效率。气提过程与膜蒸馏类似，操作简单，易放大，适合于原位分离操作，但该过程受到待分离体系本身的汽液平衡限制，分离因子通常都比较低。而对于使用致密膜的膜过程，比如渗透汽化，膜萃取等，在脱除水中少量有机溶剂的研究领域，虽然也有相应的专利文献，例如专利200710130936.6提高生物质发酵强度的乙醇原位分离方法；专利03105055.7，有机酸发酵过程中有机酸的在线提取和提浓方法等，但没有相应成熟的商业化膜，发展缓慢。液膜技术较固体膜而言，选择性和通量都比较高，但稳定性有待于提高。研究者从膜材料和操作条件膜结构方面研制新型膜组件，提高稳定性。专利95201509提出了一种套管式中空纤维液膜组件，其特征是支撑液膜组件中的中空纤维由套管式中空纤维组成，套管外的空隙，内外套管壁间的间隙和内套管空心分别对应反萃液，膜相载体溶液和料液流动通道。该专利技术膜相均匀稳定，传质速率快，富集效果好。然而，结合了萃取和反萃取过程的上述液膜，设计比较复杂，流体流动情况复杂，需要多管路多输送设备，而且需要多种有机溶剂。不仅如此，反萃后的产品仍然需要进一步分离。另外内外套管的中空纤维的制作难度较高。
技术实现思路
本
技术实现思路
在于提供。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:，将膜组件浸没在待分离料液中，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；进而实现低浓度有机物与水相的分离。所述膜组件由中空纤维膜和管式膜组成；中空纤维膜置于管式膜中，两膜间隙填充有机萃取剂。所述中空纤维膜置于管式膜中组成膜组件，膜组件浸没在待分离料液中，分离过程中中空纤维内侧可以用载气吹扫或者保持真空状态，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；待分离组份在中空纤维内表面挥发，冷凝后作为浓缩产品，进而实现低浓度有机物与水相的分离。所述所述中空纤维膜和管式膜孔径在0.002至20微米之间。所述管式膜可为亲水或疏水膜，中空纤维膜为亲水膜。所述管式膜为亲水膜。所述萃取剂为高于待分离组份沸点的较强疏水性的有机溶剂。所述中空纤维内侧通过载气吹扫或使其处于真空度状态，必须保证两侧压差低于“液体浸入压”，使有机溶剂不能渗透过膜孔。其值大小取决于中空纤维膜膜孔的大小形状及材料的亲疏水程度。具体萃取剂如:油醇、正辛醇、苯、四氯化碳、酒精、煤油、己烷、环己烷和乙酸乙酯坐寸ο本专利技术的工艺分离原理:待分离料液与在管式膜的膜孔内与萃取剂发生萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；由于中空纤维内侧具备载气吹扫或一定真空度，待分离组份在中空纤维内表面挥发，冷凝后作为浓缩产品。本专利技术所具有的优点:本专利技术利用多孔膜作为支撑，结合了支撑液膜和膜蒸馏两个过程，具有两者的优点，同时避免了两者的缺点。首先，由于有多孔膜的存在，会减少相间夹带造成的萃取剂损失，另外使用亲水膜材料与料液接触，料液首先浸润膜材料，传质发生在内侧膜孔，会减少萃取剂流失。其次，萃取剂的用量非常少，萃取剂仅存在于管式膜和中空纤维膜之间，用量会随着填充密度的增加而减少；第三，由于萃取剂中待分离组份的富集，且萃取剂本身沸点较高，一定程度提高了膜蒸馏的分离效率；最后，从操作上看，本专利技术组件直接浸没于待分离料液中，对外仅有一根管路，对料液影响很小，结构简单，易于放大。本专利技术在支撑液膜稳定性研究基础上，结合膜蒸馏过程，有机溶剂用量少，运行稳定，可为水相中低浓度有机物的分离提供新的解决方案。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的萃取剂的分配系数图。图2为本专利技术实施例提供的萃取剂的分离因子图。图3为本专利技术实施例提供的膜蒸馏与气提水汽挥发速度对比图。图4为本专利技术实施例提供的原位分离效果图。图5为为本专利技术实施例提供的原位分离示意图。图6为为本专利技术实施例提供的膜组件示意图。【具体实施方式】实施例1萃取剂选择:配置18g/L的丁醇溶液，以油水体积比为1:2添加萃取剂，搅拌后静置于37度恒温箱内24小时，分别测定水相和油相中丁醇与水的浓度。计算得丁醇在两相中的分配系数及分离因子。分配系数及分离因子按照下式计算:【权利要求】1.，其特征在于:将膜组件浸没在待分离料液中，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；进而实现低浓度有机物与水相的分离。2.按权利要求1所述的原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于:所述膜组件由中空纤维膜和管式膜组成；中空纤维膜置于管式膜中，两膜间隙填充有机萃取剂。3.按权利要求1或2所述的原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于:所述中空纤维膜置于管式膜中组成膜组件，膜组件浸没在待分离料液中，分离过程中中空纤维内侧可以用载气吹扫或者保持真空状态，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；待分离组份在中空纤维内表面挥发，冷凝后作为浓缩产品，进而实现低浓度有机物与水相的分离。4.按权利要求3所述的原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于:所述所述中空纤维膜和管式膜孔径在0.002至20微米之间。5.按权利要求1所述的原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于:所述管式膜可为亲水或疏水膜，中空纤维膜为亲水膜。6.按权利要求5所述的原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于:所述管式膜为亲水膜。7.按权利要求1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位分离水相中低浓度有机物的方法，其特征在于：将膜组件浸没在待分离料液中，待分离料液与膜组件中萃取剂于膜组件的膜孔内进行萃取交换，待分离组份向萃取剂中富集；进而实现低浓度有机物与水相的分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯同刚，张跃东，陈秀芳，关静，牟新东，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：