Разделение водно-солевых растворов фенилаланина электродиализом при использовании мембран с разной массовой долей сульфокатионообменной смолы
Аннотация
Установлены закономерности разделения водно-солевых растворов фенилаланина методом электродиализа, выбраны условия эффективного и селективного выделения целевого компонента подбором мембраны с заданными свойствами. В состав модельного раствора, имитирующего производственные воды в технологии микробиологического синтеза, входила ароматическая аминокислота фенилаланин (0.05 М) и хлорид натрия (0.01 М). Использованы экспериментальные мембраны с различной массовой долей сульфокатионообменной смолы. Гетерогенные ионообменные мембраны получены горячим вальцеванием гомогенизированной смеси измельченного ионообменника с полиэтиленом. Транспортные характеристики и особенности переноса компонентов разной природы через экспериментальные мембраны исследовали в гальваностатическом режиме с использованием семисекционного электродиализатора при его горизонтальной ориентации. Установлено влияние содержания ионообменника в мембране на особенности транспорта ионов минеральной соли и аминокислоты, величины фактора разделения и степени деминерализации растворов. Показано, что изменение содержания сульфокатионообменника в мембранах от 45 до 70 масс.% при электродиализе смешанного раствора аминокислоты и минеральной соли позволяет в 1.5 раза увеличить скорость массопереноса минерального иона. Для всех экспериментальных мембран зависимости фактора разделения характеризуются экстремумами, приходящимися на интервал превышения величины предельного диффузионного тока ilim
в 2-3 раза. Максимальная эффективность разделения установлена для катионообменной мембраны с содержанием смолы 70%. При превышении величины предельного диффузионного тока в 2 раза с ростом содержания смолы в мембране установлено увеличение фактора разделения в 1.5 раза. При этом степень деминерализации раствора для мембраны с максимальным содержанием ионообменника составляет 40-60%. Возможность практически полной деминерализации раствора для мембраны с содержанием смолы 70 масс. % установлена при превышении предельного тока в 6 раз.
Выявлена роль электроконвекции в увеличении потерь целевого продукта аминокислоты при сверхпредельных токовых режимах электродиализа. Показано, что основной причиной роста переноса аминокислоты через сульфокатионообменную мембрану в интенсивных токовых режимах является электроконвективное перемешивание раствора на межфазной границе, негативно влияющее на процесс диссоциации воды и разрушающее барьерное действие примембранных слоев раствора с высоким значением показателя pH. Установлена возможность глубокой деминерализации водно-солевого раствора фенилаланина с потерями целевого продукта не более 0.2% при использовании мембраны с массовой долей сульфокатионообменной смолы 70 масс.% в интенсивных токовых режимах.
Скачивания
Литература
Bykov V.A., Krylov I.A., Manakov M.N. et al. Mikrobiologicheskoe proizvodstvo biologicheski aktivnyh veshhestv i preparatov. Moscow, Vysshaja shkola, 1987, 143 p.
Vasil’eva V., Goleva E., Pismenskaya N., Kozmai A. et al., Sep. Purif. Technol., 2019, Vol. 210, pp. 48-59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.07.065
Kozmai A., Goleva E., Vasil'eva V., Nikonenko V. et al., Membranes, 2019, Vol. 9, pp. 171-186. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes9120171
Vasil'eva V.I., Saud A.M., Akberova E.M., Membr. Membr. Technol., 2021, Vol. 3, No 2, pp. 98-106. https://doi.org/10.1134/S2517751621020074
Grib H., Belhocine D., Lounici H., Pauss A. et al., J. Appl. Electrochem., 2000, Vol. 30, pp. 259-262. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1003990031853
Choi J., Oh S., Moon S., J. Chem. Technol. Biotechnol., 2002, Vol. 77, pp. 785-792. DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.638
Aghajanyan A.E., Hambardzumyan A.A., Vardanyan A.A., Saghiyan A.S., Desalination, 2008, Vol. 228, pp. 237-244. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.10.012
Eliseeva T.V., Kharina A.Y., Voro-nyuk I.V. et al., Sorbtsionnye I Khromato-graficheskiye Protsessy, 2013, Vol. 13, No 5, pp. 647-654.
Sun Z., Gao X., Zhang Y., Gao C., Desalin. Water Treat., 2016, Vol. 57, pp. 22304-22310. DOI: https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1137082
Kharina A.Y., Eliseeva T.V., Kondens. Sredy Mezhfaznye Granitsy, 2017, Vol. 19, No 1, pp. 126-132.
Mondal S., Griffiths I.M., Ramon G.Z., J. Membr. Sci., 2019, Vol. 588, Art. No. 117166. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.06.006
Stenina I., Golubenko D., Nikonen-ko V., Yaroslavtsev A., Int. J. Mol. Sci., 2020, Vol. 21, Art. No. 5517. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21155517
Kovalev N.V., Karpenko T.V., Shel'deshov N.V., Zabolotskiy V.I., Membr. Membr. Technol., 2020, Vol. 2, No 6, pp. 391-398. https://doi.org/10.1134/S2517751620060050
Ahmad M., Qaiser A.A., Huda N.U., Saeed A., RSC Adv., 2020, Vol. 56010, pp. 3029. DOI: https://doi.org/10.1039/C9RA06178A
Zabolotskiy V.I., But A.Yu., Vasil'eva V.I., Akberova E.M., et al., J. Membr. Sci., 2017, Vol. 526, pp. 60-72. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.12.028
Vasil'eva V.I., Zhiltsova A.V., Akberova E.M., Fataeva A.I., Kondens. Sredy Mezhfaznye Granitsy, 2014, Vol. 16, No 3, pp. 257-261.
Porozhnyy M.V., Shkirskaya S.A., Butylskii D.Y., Dotsenko V.V. et al., Electrochim. Acta, 2021, Vol. 370, Art. No. 137689. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137689
Vasil'eva V.I., Akberova E.M., Zabolotskii V.I., Russ. J. Electrochem., 2017, Vol. 53, No 4, pp. 398-410. DOI: https://doi.org/10.1134/S1023193517040127
Akberova E.M., Vasil’eva V.I., Zab-olotsky V.I., Novak L., J. Membr. Sci., 2018, Vol. 566, pp. 317-328. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.08.042
Rosenberg N.W., Tirrell C.E., Ind. Eng. Chem. 1957, Vol. 49, pp. 780-784. DOI: https://doi.org/10.1021/ie50568a047
Isaev N.I., Shaposhnik V.A. Sintez i svoistva ionoobmennykh materialov. Mos-cow, Nauka, 1968, pp. 256-261.
Kotova D.L., Krysanova T.A., Eliseeva T.V. Spektrofotometricheskoe opredelenie aminokislot v vodnyh rastvorah. Voronezh, Voronezh State University, 2004, 55 p.
Saud A.M., Smagin M.A., Vasil’eva V.I., Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 2020, Vol. 86, pp. 13-8.
Hwang S. T., Kammermeyer K. Membranes in separations. New York, John Wiley & Sons, 1975, 526 p.
Shaposhnik V.A., Eliseeva T.V., Sel-emenov V.F., Russ. J. Electrochem., 1993, Vol. 29, № 6, pp. 794-795.
Vasil’eva V. I., Eliseeva T. V., Russ. J. Electrochem., 2000, Vol. 36, No 11, pp. 30-35. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02757792
Elisseeva T.V., Shaposhnik V.A., Luschik I.G., Desalination, 2002, Vol. 149, pp. 405-409. DOI: https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)00763-4
Eliseeva T.V., Shaposhnik V.A., Russ J Electrochem., 2000, Vol. 36, pp. 64-67. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02757798
Zabolotskii V.I., Shel'deshov N.V., Gnusin N.P., Uspekhi khimii, 1988, Vol. 57, No. 8, pp. 1403-1414.
Zabolotskii V.I., Bugakov V.V., Sharafan M.V., Chermit R.K., Russ. J. Elec-trochem., 2012, Vol. 48, No 6, pp. 650-659. DOI: https://doi.org/10.1134/S1023193512060158
Vasil'eva V., Zabolotsky V., Shaposhnik V., Zhiltsova A. et al., Desalin. Water Treat., 2010, Vol. 14, pp. 214-219. DOI: https://doi.org/10.5004/dwt.2010.1030
Belova E., Lopatkova G., Pismen-skaya N., Nikonenko V. et al., Desalination, 2006,Vol. 199, pp. 59-61. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.03.142
Zyryanova S., Mareev S., Gil V. et al., Int. J. Mol. Sci., 2020, Vol. 21, Art. No. 973. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21030973
Akberova E. M., Vasil'eva V. I., Electrochem. Commun., 2020, Vol. 111, Art. No. 106659. DOI:https://doi.org/10.1016/j.elecom.2020.106659
