[На предыдущую главу]

В настоящее время электродиализ широко применяется в различных областях, связанных с разделением и очисткой жидких и газовых смесей: в гидрометаллургии, в гальванических производствах, в пищевой промышленности, медицине и др.

Мы не будем здесь останавливаться на приложениях электродиализа в гидрометаллургии и гальванотехнике из-за ограниченности объема статьи, сошлемся лишь на книгу А.А. Жарменова и М.Ж. Журинова [59] и подробный обзор В.Д. Гребенюка и его коллег [60], дающие достаточно полное представление о состоянии проблемы в этой области. Дальнейшее рассмотрение будет в основном касаться разделения и очистки биохимических и медицинских препаратов, а также приложений электродиализа в пищевой промышленности.

Эффект электромембранного разделения ионов может быть усилен связыванием одного из ионов в комплексный ион [62] или его осаждением в виде малорастворимого электролита [27]. Например, для разделения натрия и кальция можно использовать связывание кальция в комплекс этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА). В этом случае натрий будет мигрировать через катионообменную мембрану, а комплексный ион CaY^2– – через анионообменную мембрану [61]. Комплексный ион CaY^2– можно регенерировать в ЭДТА.

Были разработаны также методы модифицирования ионообменных мембран электроосаждением дисперсных ионообменников [23]. При электроосаждении на катионообменную мембрану дисперсного анионообменника или на анионообменную мембрану катионообменника полученные гетерополярные контакты, в отличие от биполярных мембран, имели большие числа переноса противоионов и в то же время генерировали потоки водородных и гидроксильных ионов для предотвращения осадкообразования. Проведенные с растворами солей магния эксперименты, показали, что можно предотвратить осадкообразование на анионообменной мембране в растворе секции концентрирования. Гетерогенная катионообменная мембрана МК-40, модифицированная дисперсным анионообменником, позволяет селективно пропускать натрий из жестких вод и, кроме того, подкислять рассол. При этом выход по току ионов Н⁺ и ОН^– составляет несколько процентов, а увеличение рН обессоливаемого раствора незначительно, поскольку часть щелочи расходуется на смещение углекислотного равновесия. Остаток щелочи используется при электродиализе жестких вод для предварительного осаждения. Мембраны, модифицированные ионообменниками, применялись при разработке технологии очистки шахтных вод [23].

Весьма эффективным является приложение электродиализа к отделению амфолитов от неамфолитов. При разделении маннита и минеральной соли установлено, что наибольшая эффективность разделения достигается при плотностях тока выше предельного значения. При объяснении этого явления было установлено барьерное действие поляризованных диффузионных пограничных слоев [63]. Впоследствии барьерное действие было обнаружено при электродиализе аминокислот [64, 65]. Механизм барьерного действия обусловлен тем, что в запредельном режиме электродиализа в камере обессоливания на границах мембрана/раствор происходит генерация Н⁺ и ОН^– ионов. При этом в результате переноса через катионообменную мембрану протонов, а через анионообменную мембрану ионов гидроксила в тонком слое раствора, прилегающем к катионообменной мембране, происходит подщелачивание раствора, а вблизи анионообменной мембраны – подкисление. В глубине камеры обессоливания рН раствора изменяется незначительно, оставаясь близким к изоэлектрической точке. Аминокислоты, попадая в щелочную область раствора, прилегающую к катионообменной мембране, превращаются в анион:

H₃N⁺–R–COO^– + OH^– « H₂N–R–COO^– + H₂O. (1)

H₃N⁺–R–COO^– + H⁺ « H₂N–R–COOH, (2)

которые также электрическим полем отбрасываются в объем камеры обессоливания. В средней части камеры обессоливания, где рН равно изоэлектрической точке, по реакциям (1) и (2) происходят обратимые химические превращения с образованием цвиттер-ионных форм аминокислот (рис. 7). Барьерный эффект позволяет реализовать глубокую очистку аминокислот до остаточного солесодержания в 0,02–0,03 г/дм³, что соответствует степени обессоливания исходных аминокислот 99,94–99,96% при минимальных потерях аминокислот благодаря электроосмотическому переносу за мембраны [64].

Очистка сывороточного альбумина методом электродиализа сопровождается эффектом отравления ионообменных мембран в связи с присутствием в рабочих растворах альбумина органических примесей типа g-глобулина. Замедлить этот процесс удается периодической промывкой камер электродиализатора водным раствором сульфата аммония с добавкой перекиси водорода, при протекании через аппарат электрического тока. Такой режим позволяет эксплуатировать электродиализатор в течение длительного времени (6–12 месяцев) для получения альбумина высшей категории качества (марка “А”). При этом время очистки альбумина уменьшается в 300 раз по сравнению с ранее применяемым методом диализа. Производство альбумина методом электродиализа на основании разработок сотрудников Кубанского госуниверситета было организовано в Научно-производственном объединении “Биохимреактив” (Латвия) [66]. На Ставропольской биофабрике (Министерство сельского хозяйства СССР) разработанная технология [67] была использована в производстве вакцины против лептоспироза. Применение при очистке электродиализатора-концентратора позволяет повторно вернуть для фракционирования альбумина из сыворотки крови сульфат аммония.

Опреснительные установки серийного производства ЭДУ-1 были внедрены в пищевую промышленность для переработки молочной сыворотки [31, 69]. При этом, наряду с уменьшением солесодержания на 90%, обеспечивалось также снижение кислотности сыворотки. Эти установки также используются для очистки растворов пентаэритрита от формиата натрия [70, 71], а также на пищевых предприятиях в Молдавии для тартратной и кислотной стабилизации вина и виноградного сока. В винодельческой промышленности разработан способ непрерывной сульфитации вина с помощью четырехкамерного электродиализного аппарата [72]. Следует отметить, что при применении этого метода химический состав вина не нарушается.

[На следующую главу] [На оглавление]

Copyright ©