本发明专利技术涉及一种填充床电渗析器用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的方法，其特征在于填充床电渗析淡室中填充离子交换树脂，通过离子交换树脂对离子的选择性交换吸附及其对离子迁移传递的促进作用，实现同电性阳离子NH4+和Mg2+的分离。与常规电渗析相比，采用本方法同电性阳离子NH4+和Mg2+的分离比率可提高50％以上，可连续操作。本发明专利技术提出一种适用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的新方法，可解决常规电渗析存在同电性阳离子NH4+和Mg2+的分离比率低，以及离子交换法需分批操作和产生大量酸碱废液等问题，促进NH4+和Mg2+分离新技术的工程化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发酵废液处理工艺领域，具体地，本专利技术涉及通过在填充床电渗析的淡室中填充选择性离子交换树脂，用于实现发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的方法。
技术介绍
氨基酸如谷氨酸等发酵生产中通常会产生含高浓度硫酸铵的高盐废液，由于发酵废液中含有少量Ca2+、Mg2+离子，采用常规电渗析进行脱盐处理，容易造成电渗析膜结垢污染。如果能把这种发酵废液中的同电性阳离子NH4+和Mg2+进行分离，不仅可以避免Ca2+/Mg2+ 离子结垢造成的膜污染，还可以提高浓缩液中(NH4)2SO4的纯度。基于离子交换树脂的选择性和电渗析技术的连续性，本专利技术通过筛选合适的离子交换树脂作为填充剂，建立填充床电渗析器用于进行发酵废液中同电性阳离子NH4+与Mg2+的选择性分离。采用电渗析用于同电性离子分离已有研究报道，目前主要从离子交换膜的制备与修饰、改变离子性质和优化操作条件等三方面进行。如日本通过制备对单价离子(Na+、 CF)具有较好选择透过性的离子交换膜用于海水浓缩制盐(Azuma和Hamada,水处理技术，1995，21 :347-350) ;Kumar 等(J. Membrane Science 2009，340 :52-61)通过溶胶-凝胶法制备了单价阳离子选择性膜，可用于Na+与Ca2+、Mg2+、Fe3+等离子的分离。Amara等 (Desalination, 2007, 206 =205-209)通过对阴离子膜进行表面改性，使SO广在电渗析中与NO3' Cl—分离。然而除少数离子外，仅通过离子交换膜的制备和修饰还难以实现同电性离子的分离。其次，通过改变离子性质与存在形式来实现选择性分离，如Xu(Desalination 2001，140 =247-258)在不同pH条件下对金属离子进行选择性萃取与反萃取，结合电渗析从混合溶液中分离 Cu2+;Chaudhary 等(Journal of Applied Electrochemistry 2000, 30 439-445)通过添加络合剂实现了电渗析体系中Ni2+与Co2+的分离。其三，通过优化电渗析体系中的溶液浓度、流速、温度和施加电位等实现两种不同价态离子的分离(Kabay et al. , Desalination 2006,198 :74-83)。但由于电渗析过程中溶液的性质不断变化,会造成常规电渗析中同电性离子的分离效果显著降低。填充床电渗析是离子交换和电渗析相结合的技术，也称为电去离子 (Electrode-ionization,简称EDI),但常规EDI技术主要用于制备纯水和超纯水,是在混床、极化状态下(水被解离为H+和OH—)操作，能实现低浓度离子的吸附捕获和树脂连续电再生，从而达到深度脱盐和连续去离子的目的。该技术可以连续操作，克服了离子交换法间歇操作和需要消耗酸碱再生树脂的缺点。近年来，EDI技术在不同领域的应用研究也有报道。如zhang等(JMembrane Science 2009, 341 :246-251)研究利用填充离子交换树月旨的双极膜电渗析用于酒石酸的节能生产，这是由于在酸室中填充的强酸型离子交换树脂能促进离子传递的结果。Monzie 等(Chemical Engineering Science 2005,60 :1389-1399) 研究表明离子交换树脂中离子的迁移速率远远大于其周围溶液离子通过膜的迁移，树脂颗粒之间以及颗粒与膜之间的接触对离子迁移有显著促进作用。Xing等(Separation and Purification Technology 2009,68 :357-362)采用连续电去离子技术去除废水中的Cr(VI)时，发现HCr04_在树脂相中的浓度增加对Cr(VI)脱除的贡献较大。Widiasa等 (Separation and Purification Technology 2004, 39 :89-97)米用 EDI 技术从发酵液中回收柠檬酸时发现，EDI与常规电渗析(ED)在电流传输和电阻方面有本质的区别，其淡室中的电流传输几乎完全通过混合离子交换树脂进行，而进料液的浓度变化对电阻没有显著影响。这些研究从不同侧面证明了离子交换树脂对填充床电渗析中离子的迁移传递有非常重要的作用。但目前还未发现利用离子交换树脂来调控发酵废液电渗析中同电性离子的迁移传递和实现同电性离子选择性分离的报道。由于常规电渗析技术难以实现同电性离子的选择性分离，而离子交换需要化学试剂再生吸附饱和的离子交换树脂和产生大量酸碱废水。基于电渗析的连续性和离子交换的选择性，本专利技术通过选择合适的离子交换树脂作为电渗析脱盐室的填充剂，用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离。
技术实现思路
针对常规电渗析技术难以实现同电性离子的选择性分离，而离子交换需要化学试剂再生吸附饱和的树脂和产生大量酸碱废水的问题，本专利技术的目的是提供了一种填充床电渗析器用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的方法，其特征在于利用填充床电渗析膜堆淡室中填充的离子交换树脂的选择性，使待分离的组分在电场作用下优先通过“树脂链”发生传递和跨膜迁移，进而使发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离，促进发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离新技术的工程化应用。为了实现上述目的提供的用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的填充床电渗析器包括填充床电渗析膜堆、压力表9、流量计10、输液泵11、管路12、温度传感器13 和储液罐；所述填充床电渗析膜堆包括若干交替排列的阴、阳离子交换膜4，淡室、浓室隔板，膜堆两侧的电极板5和夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室I、浓室2和极室3，其中淡室填装离子交换树脂；所述储液罐包括淡水罐6、浓水罐7、极水罐8，分别与膜堆的淡室I、浓室2和极室3串联；所述输液泵9进水口端分别与淡水罐6、浓水罐7、极水罐8连接、 出水口端与膜堆的淡室I、浓室2和极室3连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环，经过分批循环操作使目标离子不断通过“树脂链”传递并发生跨膜迁移，从而实现废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离；所述流量计10和压力表11都位于膜堆出水端与储液罐连接的管路中，用于分别监测淡室I、浓室2和极室3的流量、压力及其变化，减小不同隔室间由于压力梯度而导致水、离子的扩散渗透现象；所述温度传感器13位于极水罐8与膜堆极室3连接的管路中，用于监测极室溶液的温度变化，控制填充床电渗析器在指定的温度下运行。所述填充床电渗析淡室I中填充的离子交换树脂可为单一树脂或多种树脂组合， 其中填充树脂组合时可横向或纵向分层填充，或均匀混合填充。所述淡室I中填充的离子交换树脂对同电性阳离子NH4+和Mg2+具有较好选择性， 阳离子NH4+或Mg2+通过离子交换树脂的选择性交换吸附，并通过“树脂链”发生传递而优先发生跨膜迁移后进入浓室2 ;另一种组分则保留在淡室I溶液中，从而实现同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离。所述淡室I的隔板厚度为2 - 50mm，可根据单个淡室所需要的填充离子交换树脂的数量确定淡室隔板的厚度。所述填充床电渗析膜堆中可根据实际需要增加或减少淡室I的数量，且同时增加或减本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种填充床电渗析器用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的方法，其特征在于：利用填充床电渗析器膜堆的淡室（1）中填充选择性的离子交换树脂，使发酵废液中的拟分离目标离子发生选择性交换吸附，并在电场作用下优先通过树脂发生迁移传递，使同电性阳离子NH4+和Mg2+发生分离；所述填充床电渗析器包括：填充床电渗析膜堆、压力表（9）、流量计（10）、输液泵（11）、管路（12）、温度传感器（13）和储液罐；所述填充床电渗析膜堆包括：若干交替排列的阴、阳离子交换膜（4），淡室、浓室隔板，膜堆两侧的电极板（5）和夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室（1）、浓室（2）和极室（3），其中淡室填装离子交换树脂，用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离；所述储液罐包括：淡水罐（6）、浓水罐（7）、极水罐（8），分别与膜堆的淡室（1）、浓室（2）和极室（3）串联；所述输液泵（9）进水口端分别与淡水罐（6）、浓水罐（7）、极水罐（8）连接、出水口端与膜堆的淡室（1）、浓室（2）和极室（3）连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环，经过分批循环操作使目标离子不断通过“树脂链”传递并发生跨膜迁移，从而实现废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离；所述流量计（10）和压力表（11）都位于膜堆出水端与储液罐连接的管路中，用于分别监测淡室（1）、浓室（2）和极室（3）的流量、压力及其变化，减小不同隔室间由于压力梯度而导致水、离子的扩散渗透现象；所述温度传感器（13）位于极水罐（8）与膜堆极室（3）连接的管路中，用于监测极室溶液的温度变化，控制填充床电渗析器在指定的温度下运行。...
【技术特征摘要】
1.一种填充床电渗析器用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+分离的方法，其特征在于利用填充床电渗析器膜堆的淡室(I)中填充选择性的离子交换树脂，使发酵废液中的拟分离目标离子发生选择性交换吸附，并在电场作用下优先通过树脂发生迁移传递，使同电性阳离子NH4+和Mg2+发生分离； 所述填充床电渗析器包括填充床电渗析膜堆、压力表(9)、流量计(10)、输液泵(11)、管路(12)、温度传感器(13)和储液罐；所述填充床电渗析膜堆包括若干交替排列的阴、阳离子交换膜(4)，淡室、浓室隔板，膜堆两侧的电极板(5)和夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室(I)、浓室(2)和极室(3)，其中淡室填装离子交换树脂，用于发酵废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离；所述储液罐包括淡水罐(6)、浓水罐(7)、极水罐(8)，分别与膜堆的淡室(I)、浓室(2)和极室(3)串联；所述输液泵(9)进水口端分别与淡水罐(6)、浓水罐(7)、极水罐(8)连接、出水口端与膜堆的淡室(I)、浓室(2)和极室(3)连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环，经过分批循环操作使目标离子不断通过“树脂链”传递并发生跨膜迁移，从而实现废液中同电性阳离子NH4+和Mg2+的选择性分离；所述流量计(10)和压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：石绍渊，曹宏斌，张晓琴，王汝南，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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