双极膜电渗析在水-有机体系中生产有机酸过程的研究

Up to now, most bipolar membrane electrodialysis processes have been performed in aqueous system,and there are few reports about researches of bipolar membrane electrodialysis in aqueous-organic system. Our project proposes a new productive technology for the cleaning production of low water-soluble organic acids.That is the production of organic acids with bipolar membrane electrodialysis technique, and increasing the solubility of organic acids and organic acid salts by water-organic medium.The optimum production process parameters could be confirmed by the folowing factors: the stack configuration,current density,feed concentration,organic content, product concentration,conversion ratio,current efficiency. The energy-saving production of organic acids in aqueous-organic system will be realized by integration of ion-exchange with bipolar membrane electrodialysis,and the energy consumption of the process of bipolar membrane electrodialysis in aqueous-organic system would also be analysed.Furthermore, the membrane structure and membrane performance of bipolar membrane,anion exchange membrane,and cation exchange membrane could be studied.The results of this study would provide new principles, new technologies for the green production of low water-soluble organic acids, moreover,these propose to establish theoretical and technical basis for the application of bipolar membrane electrodialysis in aqueous-organic system.

目前双极膜电渗析基本上是在水体系中进行的，在水-有机体系中的应用较少。针对溶解度低的有机酸的清洁生产，本项目提出一种新的生产工艺，用水-有机介质来增大有机酸和有机酸盐的溶解度，利用双极膜电渗析技术进行生产。通过考察膜堆构型、电流密度、料液浓度、水、有机混合比例与产品浓度、产品转化率、电流效率之间的关系确定有机酸生产的最佳工艺参数；进一步分析水-有机体系生产有机酸过程的能耗，用离子交换树脂和双极膜电渗析集成的策略来使过程变得经济化；除此之外，对双极膜以及阴、阳离子交换膜在水-有机体系中的膜结构和性能进行研究。此研究成果为低溶解度有机酸的绿色生产提供新原理、新技术，也为双极膜电渗析在水-有机体系中的应用奠定理论与技术基础。

目前双极膜电渗析基本上是在水体系中进行的，在水-有机体系中的应用较少。针对溶解度低的有机酸的清洁生产，本项目提出一种新的生产工艺，用水-有机介质来增大有机酸和有机酸盐的溶解度，利用双极膜电渗析技术进行生产。芳香族有机酸一般分子量较大，在水中的溶解度较低。以水杨酸的清洁生产为例，采用水-乙醇混合溶剂，用双极膜电渗析来生产。考察了水-乙醇混合比例、电流密度、水杨酸钠浓度和不同膜堆构型对双极膜电渗析生产水杨酸的影响。结果表明，在同样条件下，当乙醇占乙醇-水混合体系的50%时，得到水杨酸的浓度最高，此时电流效率能达到98.2%。考虑到工艺过程中能耗的问题，生产水杨酸的最佳工艺条件为：采用BP-C膜堆构型，电流密度为20 mA/cm2，乙醇含量为40 v/v%，水杨酸钠浓度为0.3mol/L。此研究为低溶解度有机酸的绿色生产提供了一条新的生产路线。. 研究了水-乙醇体系对双极膜性质的影响，选取Neosepta BP-1，Fumasep FBM，CJ-BPM三种商业标准双极膜作为研究对象，以水-乙醇为研究体系，通过改变不同乙醇含量，测定双极膜的交流阻抗谱，并且对双极膜的耐溶剂性能进行评价。结果表明BP-1具有良好的耐溶剂性，FBM，CJ-BPM耐溶剂性能相对较弱。通过简化算法计算出了不同乙醇含量下，BP-1，FBM的中间界面层厚度，更能直观的看出乙醇对双极膜水解离性能的影响。此研究为双极膜在水-有机体系中的应用奠定了理论基础。. 另外，本项目还将纳滤膜与电渗析技术相结合，提出一种新的用于一/多价离子选择性分离的电纳滤装置，该技术可同时兼具电渗析技术及纳滤技术的优点，即电纳滤过程能耗较低，可实现一/多价离子的选择性分离，同时达到对溶液的浓缩与淡化。