发酵液填充床电渗析中离子的迁移规律与选择性分离研究

电渗析技术用于发酵液脱盐和分离氨基酸有机酸呈现出蓬勃发展的势头，但电渗析过程普遍存在难以兼顾收率和纯度的问题，迫切需要提高电渗析中同电性离子分离的选择性。本课题通过筛选离子交换树脂(作为离子交换剂)建立填充床电渗析体系，用于探讨发酵液中同电性离子的选择性分离。拟以味精等电母液为例，系统考察树脂特征参数，如树脂类型、荷电基团、交联度和交换容量等，结合离子性质和操作条件等对发酵液中代表性离子迁移传递过程的影响，探索离子交换树脂对填充床电渗析中同电性离子的选择性分离的作用机制，获取同电性离子选择性分离的调控方法；揭示该体系中代表性离子的迁移传递规律，建立填充床电渗析中离子迁移传递的动力学模型；完成发酵液填充床电渗析中同电性离子选择性分离的关键指标测算与性能评价，并在真实发酵液中进行验证试验。

针对常规电渗析技术用于发酵液脱盐和分离氨基酸时存在难以兼顾收率和纯度的问题，本课题基于电渗析过程的连续性和离子交换的选择性，探讨填充床电渗析体系用于探讨发酵废液中同电性离子选择性分离的新方法。主要成果包括：建立了离子交换膜性质测试的成套装置，用于膜面电阻、水压力扩散系数、水浓差扩散系数、溶质扩散系数、离子选择透过系数、爆破强度等表征，用于离子膜材料选择，并与树脂筛选相结合，构建了适用于同电性离子选择性分离的填充床电渗析体系。以味精等电母液为例，考察了代表性同电性阳离子NH4+与Ca2+、阴离子L-glu-（谷氨酸根）和L-lac-（乳酸根），在填充床电渗析体系中的选择性分离规律及其关键影响因素，获得优化同电性离子分离的树脂类型与组合、操作条件等。系统考察了树脂特征参数（如树脂类型、荷电基团、交联度和交换容量等）、离子性质（如离子价态/电荷、有效半径、强电解质/弱电解质等）、操作条件（如施加电位/电流、离子浓度、温度和pH等），探明了影响同电性离子选择性分离的关键因素与作用机制，获得填充床电渗析体系中同电性离子选择性分离的调控方法。进一步探讨了填充床电渗析体系用于同电性离子选择性分离的能耗、电流效率、溶液pH等过程参数变化，对比离子交换树脂的表面形貌及其成分变化，表明发酵液填充床电渗析体系中树脂/膜污染性质与形成机理，完成了发酵废液填充床电渗析中代表性同电性离子选择性分离的关键指标测算与性能评价。