KR940005577B1 - 다상분리막(multiphase membrane)반응기 시스템에서 촉매 억제를 위한 방법과 장치 - Google Patents

다상분리막(multiphase membrane)반응기 시스템에서 촉매 억제를 위한 방법과 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
다상분리막(multiphase membrane) 반응기 시스템에서 촉매 억제를 위한 방법과 장치
[도면의 간단한 설명]
제1a,b c도는 통상 사용되는 촉매 부동화기술을 도식적으로 표시한 것으로 효소에 대한 통상적 방법과 비-생물학적 촉매 부동화에 대한 것이 제1a,b도 및 c도에 각기 보여졌다.
제2a,b 및 c도는 완전히 수성시스템으로 연구된 일부 통상의 중공섬유막의 도식적 표현으로 셀내부의 섬유외부에 다공성조직에 효소가 있고 섬유의 루멘(lumen)에 효소가 있음을제2a,b 및 c도에서 각기 도시하고 있다.
제3도는 본 발명의 설명적 실시예의 도식적 표현으로 생물학적 촉매가 내부-피막된 친수성 중공섬유내에 함유됨을 보이는 도면.
제4도는 본 발명의 설명적 실시예의 도식적 표현으로 비-생물학적 균등촉매가 외부-피막된 소수성 중공섬유내에 함유됨을 보인 도면.
제5도는 본 발명의 설명적 실시예를 보이는 도면으로 복합, 친수성 중공섬유내에 생물학적 촉매가 함유됨을 보이는 도면.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 효소와 기타 촉매가 다상반응 시스템(multiphase reaction systems)내에서 분리막 반응기로써 사용되기 위한 막내에 한정되는 신규의 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상이한 용매-침습특성과 형상을 갖는 다양한 분리막과 이러한 막에 촉매를 바꾸기 위한 방법과 그 속에 들어있는 촉매가 사용에 의해 비활성화 되면 막반응기를 재생시키는 방법에 관한 것이다.
비대칭막 혹은 복합분리막 구조의 어느쪽 촉매의 형상 혹은 내용물을 위한 것이 되었는데 이는 계속적으로 복수성(multiple phases)(즉 유기체 및 수성)이 포함되어 있는 화학적 혹은 생화학적 반응을 유도하게 사용된다.
다른 균등촉매(효소에 제한되는 것이 아니고 전체 세포와 여러 금속함유 코디네이션(coordination) 화합물같은 비-생물학적 촉매를 포함하는)의 고상 지지체상의 "부동화(immobilization)"는 부동화가 촉매로부터의 반응제품의 분리를 간단하게 하고, 한변 주기로 사용되면 너무 비싸진 촉매의 회수와 재사용을 용이하게 한다. 그러나 하기에는 거론되는 바와 같이, 이러한 촉매의 부동화는 가끔 용매를 지지체의 공유적으로 부착함에 의해 일반적으로 비가역성의 공유연결화학(covalent linking chemistry)을 통하여 성취된다. 결과적으로 지지된 촉매가 해제될 때 효소같은 생물학적 촉매가 불활성하게 작용하므로, 만일 동시에 지지조작을 바꿈이 없이 촉매를 바꾸는 것이 불가능하다면 곤란하다. 촉매/지지체 복합물의 교환은 부동화 화학과 지지체 자신의 가격 때문에 촉매요소만 바꾸는 것보다 상당히 더 비싼 비율일 수 있다. 대표적인 지지체는 막구조물이고 다공성 및 겔-타입 비이드(beads)같은 입자 메디아(media)이다. 막지지체는 막반응기가 입자지지 메디아에 결합된 촉매를 채용하는 포장된 반응기에 비해 수많은 성능상의 장점을 가진다. 그러나 이들은 막지지체가 입자 메디아에 비해 비싼 중대한 결점을 가진다.
막생물반응기경제(membrane bioreactro economics)에서의 중대한 개량은 (1) 막에 촉매의 유효한 억제책을 구비하고, (2) 고효율의 촉매장전이 실현되게 하고, (3) 촉매가 막표면에 공유부착함을 피함에 의해 간단한 촉매교환이 가능하게 만들도록 하는 방법같은 것에 의해 막구조내의 촉매를 국부화 함으로부터 결과된다. 이러한 기술은 막반응기내의 촉매교환의 비용을 충분히 낮추게 될 것이다.
따라서 비싸며 조종하기 어렵고 가끔 부동화된 촉매의 디스어포인팅 에일드 (disappointing yield) 및/혹은 활성화를 일으킬 수 있는 부동화된 화합물의 사용을 피할 수 있게 하는 2차적 장점이 있다.
고상지지체에서 순수촉매와 효소의 부동화를 위한 많은 연구가 있었다.
공유결합, 교차결합, 포집(entrapment), 흡수 및 미세캡슐화 (microencapsulation)를 포함하는 여러기술들이 개발되어 많은 효소를 물에 녹지 않게 하고 있다. 제1a도를 보라, 효소부동화 과정의 연구는 공지되어 있다. Zaborsky, O.R., Immobilized Enzymes, CRC Press, Cleveland, Ohio(1973) : Weetal, H.H., ed., Immobilized Enzymes, Antigens, Antibodises, and Peptides : Enzymology, Vol. 1, Marcel Dekker, N.Y.(1975) : Gutcho, S.J., Immoblized Enzymes--Preparation and Engineering Techniques, Noyes Data Corp., Park Ridge, N.H.(1974). 여러 공업적 공정은 통상 부동화된 효소 혹은 부동화된 전체 세트를 사용한다.
Mosbach, K., "부동화된 효소의 응용" pp. 717-858 in Immobilized Enzymes, K. Mosbach, ed., Methods in Enzymology XLIV. Academic Press, N.Y.(1976).
이온고환수지내의 카운터이온으로 부동화 비-생물학적 이온성 순수 촉매의 가능성은 30여년전에 결쳐 인식되어 았다. Helfferich, F., Ion Exchange, McGraw-Hill, N.Y.(1971). 보다 최근에는 순수촉매 복합물이 동시에 활성금속중심과 조정(coordinated)되고 고상 지지체에 고착된 양기능 리간드(ligands)를 통하여 폴리메릭 및 세라믹 지지체에 묶여 있어 왔다. Pittman, C.U., and Evans, G.O. Chemtech, 3,560(1975) : Michalska, Z.M., and Webster, D.E., Chemtech, 5, 117(1975) : Grubbs, R.H., Chemtech 7, 512(1977) : Bailar, J.C., Jr., Cat. Rev.--Sci. Eng., 10(1), 17(1974). 보기는 제1b도 및 제1c도에서 도시되었다.
효소는 여러 다른 형태로 막에서(입자와 반대로)부동화된다. 이들은 다공성 막내에서 공유적으로 결합되거나 혹은 교차결합되고 (Thomas, D., "Artificial enzyme membranes : transport, memory, and oscillatory phenomena, " pp. 115-150 in Analysis and Control of Immobilized Enzyme Systems, D.Thomas and J,P. Kernevez, eds., Americal Elsevier, N.Y.(1976) : Thomas, D., and Caplan, S.R., "Enzyme Membrances," pp. 351-398 in Membrance Separtion Processes. P. Meares, ed., Elasevier, Amsterdam(1976) : Fermandes, P.M., Constanides, A., Vieth, W.R., and Vendatasubramanian, K., Chemtech, 5, 438(1975) : Goldman, R., Kedem, O., and Katchalski, E., Biochem, 7, 4518(1968), 또 막표면에 부착되었으며(Emery, A., Sorenson, J., Kolarik, M., Swanson, S., and Lim, H., Biotechnol. Bioeng., 16, 1359(1974), 또 막건에 포집되며(Blaedel, W.J., Kissel, T.R., and Bogulaski, R.C., Anal. Chem., 44. 2030(1972) : Blaedel, W.J., and Kissel, T.R., Anal. Ghem., 47, 1602(1975), 또 포리메릭 혹은 약체표면막 미세캡슐에 의해 내장되거나(Chang, T.M.S., Artificial Cells, Charles C. Thomas, Springfield, IL(1972) : Chang, T.M.S., and kuntarian, N., pp. 193-7 in Enzyme Engineering 4, G.B. Brown, G. Manecke, and L.B.Wingard, Eds., Plenum Press, NY(1978) : May, SW., and Landgraff, L.M., Biochem, Biophys. Res. Commun., 68, 786(1976) : Mohan, R.R., and Li, N.N., Biotechnol. Bioeng., 16, 513(1974.) 또 한외여과막에 의해 반응용기에 한정되어 왔다(Porter, M.C., "Applications of Mombranes to Enzyme Isolation and Purtification," pp. 115-144 in Enzyme Engineering 3, L.B.Wingard, ed., Interscience, N.Y.(1972) : Closset, G.P., Cobb, J.T., and Shah, Y.T., Biotechnol. Bigeng., 16, 345(1974) : Madagvkar, A.M., Shah, Y.T., and Cobb, J.T., Biotechnol. Bioeng., 19, 1719(1977). 낙으로 내장된 후자타입은 Weetal에 의해 "figurative immobilization"이라 불리어 왔다(Messsing, R.A., ed Immobilized Enzymes for Industrial Reactors, Academic Press, NY(1975), 이 단어는 중공섬유에 의한 효소 용해의 국부화에도 적용된다.(Rony, P.R., J. Am. Chem. Soc., 94, 8247(1972) : Davis, J.C., Biotechnol. Bioeng., 16, 1113(1974) : Lewis, W., and Middleman, S., AIChE J., 20. 1012(1974) ; Waterland, L.R., Robertson, C.R., and Michaels, A.S., Chem. Eng. Commun., 2, 37(1975) : U.S.Patent No. 4,266,026 to Breslau and 4,440,853 to Micha딘(both all aqueous system). 섬유의 외부(즉, "셀"의 내부), 다공성 조직의 내부 및 섬유 루멘내의 효소포집을 완전히 수성시스템에서 증명되어 왔다. 여기서 반응물과 제품은 수성공정 흐름내에서 공급되고 꺼내진다.(제2a,b,c도 참조).
모든 상상할 수 있는 분리막 기하형--평면필름(Kay, T., Lilly, M.D., Shar), A.K., and Wilson, R.J.H., Nature, 217, 641(1968) : Wilson, R.J.H., Kay, G., and Lilly, M.D., Biochom. j., 108, 845(1968a) : Wilson, R.J.H., Kay, G., and Lilly, M.D., Biochem J., 109, 137(1968b). 와 나사형으로 싸인 막(Vieth, W.R., Wang, S.S., Bernath, F.R., and Mogensen, A.O., "Enzyme Polymer Membrane Systems," pp. 175-202 in Recent Developments in Separation Science, Vol. 1, N.N.Li, ed., CRC Press, Cleveland, Ohio(1972) : Broun, G., Thoss, D., Gellf, G., Domurado, D., Berjonneau, A.M., and Buillon, C., Biotechnol. Bioeng., 15, 359(1973) : Gautheron, D.C., and Coylet, P.R., pp. 123-7 in Enzyme Engineering 4, G.B.Broun, G.Manecke, and L.B.Wingard, eds., Plenum Press, NY(1978) : May, S.W., and Landgraff, L.M., Biochem. Biophys. Res. Commun., 68, 786*1976) : Mohan, R.R., and Li. N.N., Biotechnol. Bioeng., 16, 513(1974.) 또 한외여과막에 의해 반응용기에 한정되어 왔다(Porter, M.C., "Applications of Mombranes to Enzyme Isolation and Purification,"pp. 115-144 in Enzyme Engineering 3, L.B.Wingard, ed., Interscience, N.Y.(1972) : Closset, G.P., Cobb, J.T., and Shah, Y.T., Biotechnol. Bigeng., 16, 345(1974) : Madagvkar, A.M., Shah, Y.T., and Cobb, J.T., Biotechnol. Bioeng., 19, 1719(1977). 낙으로 내장된 후자타입은 Wetal에 의해,"figurative immobilization"이라 불이어 왔다. (Messing, R.A., ed Immobilized Enzymes for Industrial Reactors, Academic Press, NY(1975), 이 단어는 중공섬유에 의한 효소 용해의 국부화에도 적용된다 (Rony, P.R., J. Am. Chem. Soc., 94, 8247(1972) : Davis, J.C., Biotechnol. Bioeng., 16, 1113(1974) : Lewis, W., and Middleman, S., AlChE J., 20, 1012(1974) : Waterland, L.R., Robertson, C.R., and Michaels, A.S., Chem. Eng. Commun., 2, 37(1975) : U.S.Patent No. 4,266,026 to Breslau and 4,440,853 to S.,Chem. Eng. Commun., 2, 37(1975) : U.S.Patent No. 4,266,026 to Breslau and 4,440,853 to Michaels(both all aqueous system). 섬유의 외부(즉, "셀"의 내부), 다공성 조직의 내부 및 섬유 루멘내의 효소포집을 완전히 수성시스템에서 증명되어 왔다. 여기서 반응물과 제품은 수성공정 흐름내에서 공급되고 꺼내진다(제2a,b,c도 참조).
모든 상상할 수 있는 분리막 기하형--평면필름(Kay, T., Lilly, M.D., Shar), A.K., and Wilosn, R.J.H., Nature, 217, 641(1968) : Wilson, R.J.H., Kay, G., and Lilly, M.D., Biochom. j., 108, 845(1968a) : Wilson, R.J.H., Kay, G., and Lilly, M.D., Biochem. j., 109, 137(1968b). 와 나사형으로 싸인 막(Vieth, W.R., Wang, S.S., Bernath, F.R., and Mogensen, A.O.,"Enzyme Polymer Membrane System," pp. 175-202 in Recent Development in Separation Science, Vol. 1,N.N.Li,ed., CRC Press, Cleveland, Ohio(1972) : Broun, G., THOSS, D., Gellf, G., Domurado, D.,Berjonneau, A.M., and Buillon, C., Biotechnol. Bioeng., 15, 359(1973) : Gautheron, D.C., and Coylet, P.R., pp. 123-7 in Enzyme Engineering 4, G.B.Broun, G.Manecke, and L.B.Wingard, eds., Plenum Press, NY(1978), tubular membranes, (Madgavkar, A.M.Shah, Y.T.,and Cobb, J.T., Biotechnol. Bioeng., 19, 1719(1977) : Techauer, E., Cobb, J.T., and Shan, Y.T., Biotechnol. Bioeng., 16, 545(1974)와 중공섬유, 촉매같은 요소를 공정흐름의 한 측상의 중공섬유내에 보유하는 단일 쉘층을 가지는 비대칭 중공섬유(미국특허 제4,266,026호 및 미국특허 제4,440,853호 같은) 및 마이크로 캡슐들-- 및 그의 모든 막타입들--전기적으로 충전되고 중성이 다공성 및 비-다공성의 효소부동화와 관련되어 생각된다.
간단히 말하여, 본 발명은 촉매가 통상의 막반응 작업조건하에서는 통과할 수 없는 두 개의 촉매-비투과성 경계사이의 촉매를 잡아둠에 의해 작동된다. 이들 경계를 촉매이동을 위해 일반적으로 말하여 (1) 전술한 지지막구조의 "스킨"혹은 표면층, 이는 촉매의 이동과 누설을 막을 수 있도록 충분히 작은 공극을 함유한다(상기 촉매는 자연상태의 마이크로분자 혹은 분말일 것이다). 또 (2) 액-액상의 경계이다(즉 막의 공극내에 포집된 수동액과 막의 바로 바깥에 있는 유기 용액). 이 경계는 촉매-함유막구조의 대향표면에 위치된다. 막 구조물 의한 표면에서, 촉매표본의 크기는 표본이 비대칭 혹은 복합막의 스킨 혹은 표면층을 통해 확산하지 못하도록 막지한 다른 표면에서는 막의 바로 바깥에 있는 혼합이 힘든 액체상에 촉매의 불량한 용해도는 상기 표면으로부터 촉매표본의 손실을 막는다.
예로써, 2-상(two-phase)로 사용된 수용성-효소와 추출성 분리막 생물반응기는 쉽게, 적절한 소수성 폴리머로부터 준비된 비대칭, 한외여과, 타입 막에 함유될 수 있다. 여기서, 막의 대향표면에서의 수성/유기상계와 막 스킨의 습식 다공성막의 내부영역에 생물촉매를 대향하도록 작용하게 될 것이다. 선택적으로, 미세다공성 막 지지체위의 갤-타입 확산막(예를 들면 투성(dialysis)에 사용되는 것과 같은)으로 구성된 2-층 복합구조로 촉매함유재로 사용될 수 있다.
촉매수명이 분리막 지지체 수명에 비해 짧은 경우, 본 발명은 해체된 촉매의 제거와 활성촉매로의 경제적인 교환을 가능하게 만든다.
상기 인용된 종래-기술의 부동화 기술의 일부는 구조 혹은 기능에서 본 발명에서 상당한 유사성을 지지한다. 아마도 미세캡슐화는 내부로부터 촉매의 손실을 선택적인 분리막 베리어로 작용함으로써 : 일반적으로 미세캡슐벽에 있는 공극의 직경에 관한 촉매의 크기에 기초한 선택성을 포함함으로써 본 발명에 가장 가깝다. 그러나 마이크로 캡슐은 공정흐름에서 단일의 접속면을 가지고 결과적으로 캡슐화된 촉매는 오직 하나의 공정흐름과만 접촉한다.
반대로 본 발명의 목적은 촉매를 막구조내에 부동화(immobilize)시켜 복수의 (또 가끔 혼합될 수 없는) 공정흐름과 촉매를 밀접하게 접촉하도록 만드는 것이다.
본 발명을 좀더 이해하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 상세히 설명되었다.
제3도는 적당한 표면성질과 습식특징을 가지는 단일의 비대칭막의 사용에 기초한 본 발명의 선호된 실시예를 보여준다. 이 발명의 실시를 위해 적당한 비대칭막은 비-등방 한외여과막(UF)과 마이크로여과막(MF)의 그룹으로부터 선택되었다.
이들은(UF막인 경우)상당히 두껍고(100-200μm) 고밀도의 다공성 기 질수지 위에 지지되고 0.1-0.2μm 정도의 두께인 고정도의 얇은 "스킨"층에 특징이 있다. 적절한 비대층 UF-와 MF-타입막의 스킨은 효소와 콜로이달 혹은 입자촉매같은 기대분자가 확산통과하여 공정흐름속으로 손실됨을 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 공극(직경이 수십 암스토롱에서 아마도 100암스트롱까지)을 가짐에 특징이 있다.
따라서 비대칭막의 스킨 혹은 표면영역은 하나의 촉매 불-투과성 경계를 형성한다.
물론 "스킨"층의 필요특성은 그 크기에 크게 의존하고 함유되고 있는 촉매의 다른 특성에도 따른다. 상기 설명에서 고찰된 한외공극(ultraporous)(혹은 훨씬 미세한 마이크로포러스(microporous)) 스킨구조에 부가하며, 다른 상황에서 분해(dialysis)에 사용된 것과 같은 부푼 겔타임 막을 닮은 표면층에 특징이 있는 비대칭막 구조를 사용하거나 혹은 얇은-필름-복합 역삼투막(일반적으로 비-생물학적 촉매된 반응에 해당하는)에 사용되는 것과 같은 비교적 "빡빡한"막재료를 사용하는 것이 유리하다.
막지지체의 "스킨"영역 아래에 놓인 고밀도 공극기질 영역에서의 공극은 스킨내의 공극보다 클 수 있고 선호적으로 상당히 크다(직경이 0.02μm에서 수μm까지). 이들 기질공극의 직경은, 하기의 두가지 조건을 염두에 두고 선택해야 한다. (1) 공극은 전체 세포의 경우 직경이 수 미크론인 촉매와 맞게 될 수 있을 정도로 충분히 켜야 되고, (2) 공극은 이들내의 모세관 힘이 충분할 정도로 충분히 작아야 (최대 수미크론)한다.
후자의 고려는 다공성 막구조가 "정상적"액체상(즉 통상 효소-촉매화된 전환의 경우에 액상)에 의해 포만되거나 혹은 "젖어야"되기 때문에 중요하고 따라서 주입압력("비정상적"유체가 기질의 공극속으로 가하는 압력)이 반응기의 작동중에는 초과하지 않아야 한다. 주입압력 P는 영-라플라스법칙 (Young-LaPlace equation)에 따라 공극반경 rpore에 역비례한다.
P=2/rpore)cos
여기서는 유기상과 액상사이의 계면간 장력이고는 막재료와 그속에 함유된 액상사이의 접촉각이다. 대표적으로, 기질공극크기는 주입압력이 적어도 수 psi에서 막에 함유된 촉매의 작용을 적당하게 보장받도록 선택될 것이다.
촉매함유 영역을 한정하는 제2촉매-불투과 경계는 "스킨"층으로부터 가장 멀리 떨어진 막표면에 위치된 액체-액체계면(대표적으로, 액체/유기체상 경계)에 의해 한정된다. 모세관은 필요한 액상을 고밀도 다공성의 막조직에 한정하여 다른 것 혼합액체상을 배척하도록 작용한다. 제3도에 보인 것은 촉매가 수용성 혹은 친수성(즉 물에 우선적으로 젖는)이고 막재료 또한 친수성으로 선택된 상황이다. 이 경우, 수성/유기성상 경계는 기본적으로 막의 외부 스킨이 없는 표면에 존재하게 되어 막을 통과하는 압력차는 한외여과 수용액이 막을 건너는 방향이 아니거나 혹은 유기용액이 막속으로 주입될 정도로 그렇게 크지 않게 된다.
이런 상황에서, 수용성 혹은 친수성 촉매는 유기용매상으로 분할될 수 없는 막의 무능에 의해 막의 수성내부에 한정되게 되고 결국 그와 반응하게 된다.
일체의 스킨으로된 비대칭막의 비교적 얇은 스킨층 아래에 놓인 비교적 두꺼운 마이크로포러스 기질영역은 가끔 기질 벌크를 포함하는 대다수의 마이크로포러스의 직경보다 더 큰 혹은 그 정도의 크기에 특징이 있는 소위 마이크로보이드(macrovoids) 혹은 "핑거(fingers)"를 함유할 것이다. 이러한 마이크로보이드 함유 비대칭 막도 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들면, 액이 천연의 친수성으로 있는 특별한 경우에 대해, 조그만 미세공극이 수성의 촉매함유 용액으로 충진되지만--모세관 작용으로 미세공극내에 보유되어---기질을 통하여 연장하는 훨씬 큰 마이크로보이드는 유기용매로 충진될 것이다. 유기 용매의 마이크로보이드로의 주입은 조그만 량의 정압을 유기상에 큰 직경의 마이크로보이드와 조합된 비교적 작은 주입압력을 충분히 공급함에 의해 발생하게 할 수 있다(방정식 1참조). 이 방식으로 수용액/유기용액 계면의 영역을 외부에 싸인 막의 구형면적 보다 크게 만들어질 수 있다. 이 발표의 목적을 위해 수성/유기계면이 위치된 막의 이러한 면적은 막표면의 하나로 돌려지게 된다. 마이크로보이드를 함유하는 소수성 비대칭 막은 또 기질의 마이크로포러스 영역에서 유기질-용해성 촉매의 억제를 위해 사용될 수 있다. 마이크로보이드는 이 경우 수용액으로 채워질 것이다.
이 일반적 논지상의 여러 변화도 인지될 수 있다. 예를 들면, 비대칭 막의 기하형은 그 막이 판형, 튜브 혹은 중공섬유이건 간에 본 발명에 크게 관계되지 않는다(비록 후자가 제조의 유용성과 비용의 관점에서 선호적으로 통상 사용되기는 하지만), 더구나, 내측-스킨으로된(제3도에서 도시된 바와 같이) 중공섬유와 외측-스킨으로 된 중공섬유, 쉬이트 혹은 튜브가 사용되고, 또 막재료는 친수성(즉 물에 젖는) 혹은 소수성(즉 선호적으로 유기용매에 젖는)의 어느 것이된다.
바로 이 두 스킨위치(즉 내측 혹은 외측-스킨된)의 칫수와 표면특성(즉, 소수성 혹은 친수성)을 고려하여 4개의 상이한 형상이 인식될 수 있다. 이들의 각각을 그들만의 장점, 단점 및 잠재적 응용력을 가질 것이다.
o 내부-스킨된 친수성,
o 내부-스킨된 소수성,
o 외부-스킨된 친수성 및
o 외부-스킨된 소수성
예를 들면, 제4도의 외부-스킨되고 소수성인 중공섬유는 상-이동 촉매반응에서 단위를 가지게 된다.
여기서 촉매표본은 유기상내에 주로 존재한다.
이 경우 촉매상의 기대분자 테일(tail)은 막조직내에 이를 보지하게 된다. 기대분자 테일은 일반적으로 말하면 다당류, 단백질, 수용성 중합체(친수성 막으로) 혹은 다른 중합체(즉 폴리에칠렌 글리콜) 같은 거대분자를 포함한다.
거대분자 테일은 촉매에 당해분야에서 공지된 표준방법 이를 테면 브롬화 시안(cyanogen bromide)혹은 글루타알데히드(glutaraldehyde)를 사용하는 공유부착(covalent attachment)에 의해 결합되거나 혹은 부착되게 된다.
본 발명은 촉매의 특성과 포함된 반응에 따라 카테고리가 더 정해질 수도 있다. 예를 들면, 본 발명은 액상으로 용해된 국부화 효소를 위해 또 특정한 리파아제 같은 수성/유기성상 경계에서 작용하는 효소 둘다에 유용하다. 더구나, 상기 논조의 초점에도 불구하고, 본 발명의 이용이 효소 및 자립성 혹은 비-활동성 전체세포에 의해 촉매 반응되는 것들과 같은 "바이오컨버션(bioconversions)"에 한정되지 않는다는 것을 아는 것이 중요하다. 합성유기 화합의 여러 촉매반응은 복수의 상(즉, 상-전이 촉매반응)을 포함하고 또 본 발명은 이 경우에도 똑같이 유용하다. 끝으로 용해성(대표적으로, 기대분자)과 입자촉매 둘다가 본 발명의 방법에 따라 위치될 수 있다.
본 발명의 막구조는 확산모우드, 즉 반응물이 막의 촉매영역의 제품속으로 혹은 밖으로 확산 이동하는 모우드에서 작동된다 : 막을 통한 대류흐름이 피해진다. 선호적으로 반응물은 구조물의 일측에서 확산하고 제품은 다른 쪽에서 확산하여 분리 및/혹은 정제가 촉매전환(catalytic conversion)과 함께 동시에 얻어지게 된다.
본 발명은 특히 두공정 흐름--하나는 수용액이고 하나는 유기질인 --이 촉매-함유막의 대향표면상에 자리잡고 있는 "다상(multiphase)" 혹은 "추출(extractive)"막 반응기에서 촉매반응작용에 유용하고 반응물 공급 혹은 제품제기의 목적을 달성한다. 예를 들면, 반응물이 유기용매에 녹으나 물에는 녹지않고 반응제품이 물에 녹는 경우에 반응물은 유기용매의 흐름을 통하여 반응기로 공급되어 본 발명의 막의 한 표면을 지나도록 배향되지만, 수용성 제품은 막의 대향표면으로부터 제2수성공정 흐름을 통해 빼내게 된다. 다른 경우 수용성 반응물은 본 발명의 막의 한 표면을 지나도록 배향된 수성흐름을 통해 공급되고 그동안 제품이 분리되도록 만들어지며 이어 제품이 막의 다른 표면을 지나 흐르는 유기용매의 흐름속에서 제거된다.
막에 촉매를 장전하는 방법은 여기서 친수성의 내부-스킨된 중공-섬유막(제3도)내에서 작용하는 효소 반응의 경우에 대해 설명될 것이다. 먼저, 수성효소용액이 중공-섬유 모듈의 쉘(혹은 외부)측에 충진되어 적절한 압력차(즉, "백-플러쉬(back-flash)"조건하의 스킨이 일체성을 파괴하거나 잃어버리지 않을 정도의 압력) 아래서의 한외여과 공정에서 섬유벽을 통하여 통과된다. 이 과정중에, 효소는 섬유의 다공성 기질 영역에 축적된다. 다음 초과된 수성효소용액은 섬유묶음의 쉘 외측으로부터 이른 공기 혹은 유기공정용매 같은 비-혼합성 유체로 청소함에 의해 제거된다. 만일 공기 혹은 다른 가스가 이 과정에 사용된다면, 쉘은 다음 과정에서 유기용매로 충진될 것이다. 이때 모듈은 쉘측상의 유기용매로 작동되고 또 섬유의 루멘속의 수용액은 쉘측상의 약간 과한 압력으로 작동된다. 이 압력차는 너무 작아서 유기상을 다른편의 섬유의 기질 영역속으로 주입할 수 없고, 또 잘못된 방향으로는 다른 한편에서 수용액의 한외에 원인이 되게 한다.
효소가 해체되고 재충진되어야 할 때, 정합(positive pressure)가 섬유의 내부 혹은 루멘측상에 수용액에 공급되어, 분리막을 통하여 한외여과(즉, 대류흐름)가 일어나게 하여 모듈의 쉘측으로부터 유기용매를 제거하고 섬유벽으로부터 비활성화된 효소를 제거하게 된다. 막을 촉매로 재장전하기 위해 앞에서 설명한 과정을 반복한다.
다른 실시예에서, 복합막구조는 상기에서 고찰한 비대칭, 일체의 스킨된 막대신 사용된다. 제5도에서 도시된 바와 같이, 이 복합물은 일반적으로는 다른 재료로 형성되고 극히 고밀도의 다공성이고 몹시 두꺼운 비선택성 기질막상에 지지된 한재료의 얇고 선택투과성인 표면층으로 되어 있다.
다층층의 복합물, 얇고 코팅된 분리막구조의 제조 기술은 당해분야에서 잘 알려져 있고 간행된 연구논문의 과제로 되어 왔다 Matson, S.L., Lopez, J and J.A. Qulnn, Chem. Eng. SCI., 38. 503(1983) : Lonsdsle, H.K., J.Memb. Sci., 10), 81(1982).
예를 들면, 여러 샘물촉매의 국부화에 적절한 복합분리막 구조는 다공성분리막, 특히 다공성중공섬유상에 지지되는 재생 셀룰로오스분해-타입의 분리막의 얇은 표면코팅제의 사용에 기초하여 제조됨직도 하다. 선택적으로, 적당한 미세다공성층이 재생된 셀룰로오스 중공섬유내에 혹은 위에 침착될 수도 있다. 또한 친수성 폴리아크릴로니트릴을 기제로 한 공중합체 분리막도 이러한 타입의 복합분리막 구조물 구성에 적합한 것으로 나타났다.
하기의 실시예들은 여기에서 발표된 본 발명을 더 설명하기 위해 구성된 것이다.
[효소억제 실시예]
[실시예 1]
효소용액이 켄디다 리파아제(Candida lipase) 50그램(Mol. Wt. 100,000 : 시그마화학 Co. Cat #L 1754)을 물1.25리터에 녹이고 이후 이 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거했다. 이 계면간에 작용하는 효소는 많은 량의 유기에스테르, 그중에서 펜옥시아세테이트 메틸 에스테르 및 아밀 아세테이트를 가수분해하는 것으로 알려져 있다.
효소는 PAN-200 헤모필터 (ASAHI 의료기기 Co.,)로부터 택한 비-등방 폴리아크릴로니드틸(PAN) 중공섬유로 제조된 1㎡의 주문품 용매-저항 분리막 모듈속으로 장입되어 있다. 이 분리막의 형태는 50,000 이상의 분자량을 가진 단백질의 90% 배제에 특징이 있는한 비-대칭 친수성 내부-스킨된 중공섬유로 설명될 수 있는 것이다. 효소용액은 쉘측으로부터 루멘측으로 또 다시 한외여과 모우드의 용매저장기로 순환되있다. 장전공정 전체를 통하여, 쉘과 루멘구획 사이의 압력차는 한외여과 속도를 조절함에 의해(일반적으로 200에서 20ml/min 8psi로 유지되었다. 이 공정이 한시간만에 완료되었다. 초기와 최종 효소용액 활성도는 하기에서 보여졌다.
Figure kpo00001
* 20ml의 0.2M NaCl+0.5ml의 펜옥시아세테이트 메틸 에스테르(Aldrich Co.)+2.5ml의 효소용액의 용액에서 pH를 7.8에서 유지하는데 필요한 25mM NaOH를 첨가하는 속도를 측정함에 의해 판정됨. 효소를 반응기에 장입한 후, 쉘측상의 펜옥시아세테이트 메틸 에스테르 1140ml의 재순환이 시작되었다.
순환속도는 150ml/min이고 쉘구획에서의 평균압력은 쉘측 출구에서 고축벨브를 조정함에 의해 6.5psi에서 유지되었다. 루멘측에서는 2리터의 0.1M NaHCO3가 300ml/min의 속도로 순환되었다. 반응기는 액상 저장기내의 반응제품용액과 완충제를 매일 바꾸면서 5일간 연속 가동되었다. 실험전체를 통하여, 완충물 저장의 효소분석은 수용액층 내에서 감지할 수 있는 효소활성도가 없음을 보였다.
반응과정과 속도는 부식성 소비를 따르고유기질상 저장기 레벨을 관찰함에 의해 감시되었다. 실험의 시작에서 에스테르 가수분해 속도는 300μ몰/min이고 끝에서는 150μ/min이 있다. 수용액 저장기에서의 펜옥시아세틱산 제품은 농축된 HCi로 pH 1.0으로 산성화하고 석출된 고형물을 여과함에 의해 계속 회복되었다. 건조된 고형물의 샘플이 클로로포름상으로 용해되었다. 이 정화 과정으로부터 남은 고형물은 98-103℃의 융점을 가진 99.5%의 순도까지 적정 분석되었다(펜옥아세틱산의 용융점은 98-100℃이다). 회수된 펜옥시아세틱산의 총량은 0.953킬로그램이었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 기술된 동일한 분리막 모듈을 사용하여 분리막에 효소를 함유한체, 아밀 아세테이트의 가수분해가 실시되었다. 쉘측에 아밀 아세테이트 400ml를 순환시키기 시작하여 전과 같이, 순환 속도는 150ml/min이고 쉘구획상의 평균압력은 쉘측 출구에서 교축밸브를 조정함에 의해 6.5psi에서 유지되었다. 루멘축에서는 1리터의 0.05M NaHCO3가 300ml/min의 속도로 순환되었다. 수용액 저장기의 pH는 5.57MNaOH를 첨가함에 의해 7.8에서 유지되었다. 아밀 아세테이트의 가수분해속도는 분당 250μ몰인 것으로 판명되었다.
아밀 아세테이트의 가수분해속도가 측정되고 나후 반응을 중지하고 물로 시스템을 루멘과 쉘양측 다에서 헹구어냈다. 반응기가 이후 15시간동안 여과된(0.2μm 필터로) 수돗물을 루멘에서 들어가 쉘측으로 나가게 유속 50ml/min에서 백 플러쉬했다.
2리터의 8M 요소가 동일한 방식으로 수돗물로서 백-플러쉬되고 이후 쉘 및 루멘구획 둘다가 4리터의 증류수로 헹구어 졌다.
반응기내에서의 아밀 아세테이트의 가수분해속도는 25mM NaOH가 사용된 것을 제외하고는 상기 기술된 방시과 동일한 방식으로 정확히 측정되었다.
반응속도는 분당 6.8μ몰이었고 이는 초기 활성도의 3%에 해당한다.
[실시예 3]
실시예 2에서 기술된 분리막 재생공정의 마지막에서, 모듈이 20그램의 캔디다 리파아제(실시예 1에서 기술된 것과 동일한 타입과 동일한 농도).
아밀 아세테이트가 기질로 사용되고 반응기가 실시예2에서 기술한 바와 같은 방식으로 정확히 가동되었다. 반응속도는 70μ몰/min인 것이 특정되었다.
[실시예 4]
효소용액이 10.8ml의 돼지간 에스테르 가수분해 효소조제(Mol. Wt. 150,000, 11mg/ml, 시그마화학 Co., Cat #E 3128)을 300ml의 0.2M 인산완충액 pH 8.0에 용해시킴에 의해 준비되었다. 에스테르 가수분해 효소의 2범주에 속하는 이 효소는 물에 용해된 에틸 낙산염(ethyl butyrate)를 가수분해한다.
즉 반응이 균등한 것이고 유기/수성 계면이 존재할 필요가 없다.
효소는 실시예 1에서 설명된 동일 분리막 모듈속으로 효소용액을 쉘측으로부터 루멘측으로 또 다시 한외여과 모우드의 용액저장기로 순환시킴에 의해 장입되었다.
장입과정 전체를 통하여 쉘과 루멘구획 사이의 압력차는 한외여과속도를 조절함에 의해(일반적으로 200에서 20ml/min)9.5psi로 유지되었다.
한시간만에 과정이 완료되었다.
초기와 최종효소용액 활성도는 하기에서 나타내었다.
Figure kpo00002
* 20ml의 0.1M 인산완충액 pH 8.0+0.2그램의 에틸 낙산염(Aldrich Co.)+1.0ml의 효소용액의 용액내에서 pH를 8.0으로 유지시키는데 필요한 20mM NaOH를 첨가하는 속도를 측정함에 의해 판정됨.
효소를 반응기에 장입후, 쉘측의 500㎖에틸 낙산염의 순환이 개시되었다. 순환속도는 500㎖/min이고 쉘구획상의 평균압력은 쉘측 출구의 교축밸브를 조절함에 의해 6.5psi에서 유지되었다. 루멘측에서는 1리터의 0.2M 인산완충액 pH 8.0이 500ml/min의 속도로 순환된다. 수용액 저장기의 pH는 6.0M NaOH를 첨가함에 의해 8.0에서 유지되었다. 에틸 악산염의 가수분해속도는 분당 9600μ몰임이 판명되었다.
에틸 낙산염의 가수분해속도가 측정된 후, 반응을 정지하고, 시스템을 루멘과 쉘측 양쪽 다에서 물로 헹구어냈다.
효소는 반응기로부터 하기의 과정을 통하여 제거되었다 : -6리터의 증류수를 루멘측에서 넣어 쉘측으로 50ml/min의 유속으로 나가게 하여 백-플러쉬하고, -쉘과 루멘 양측에서 a)4리터의 1.0M NaCl, b) 500ml의 12%(NH4)2SO4, c)500ml의 8M 요소, d) 2리터의 1.0M NaCl으로 헹군다.
반응기에서의 에틸 낙산염의 가수분해속도는 25mM NaOH가 사용된 것을 제외하고는 상기 설명한 방식과 정확히 동일한 방식으로 측정되었다. 반응속도는 분당 30μ몰이어서, 모듈의 초기 활성도의 0.3%에 해당했다.
[실시예 5]
알파-카이모트립신(Alpha-Chymotrysin)(Mol. Wt. 23,000 시그마화학 Co. Cat #C 4129)의 효소용액의 1리터의 0.1M K2HPO4/1.0M NaCl pH 7.8에 0.5그램의 효소를 용해함에 의해 준비되었다. 이 용액이 1㎡의 ASAHI PAN-150 헤모필터(ASAHI 의료기 Co.)의 쉘측에서 50ml/min의 유속으로 1시간동안 순환되었다. 쉘에서 루멘측으로 효소용액의 흐름이 없었기 때문에 효소가 분리막속으로 단독으로 장입되었다. 쉘측의 효소용액을 배출한 후, 1리터의 실리콘 오일(페트리치 시스템 Inc.)의 순환이 쉘구획상에서 시작되었다. 이 동안 압력 9psi로 유지되었다.
0.1M K2HPO4/0.1M NaCl pH 7.8에서 N-벤졸-L-리토신 에틸에스테르 (BTEE 시그마화학 Co.,)의 0.2mM 용액이 모듈의 루멘측을 통하여 1리터/분의 유속으로 통과되었다. 모듈의 활성도는 반응기로부터의 수용액 유수(effluent)에 존재하는 BT산의 양을 측정함에 의해 산정된다. 분리막 모듈은 이후 용매와 완충액을 배출하고 10리터의 0.1M 인산완충액으로 백-플러쉬된다. 분리막 모듈 활성도는 BTEE 용액이 53ml/min의 유속으로 반응기로 압송된다는 것을 제외하고는 상기 설명된 동일한 방식으로 측정되었다.
분리막 모듈의 활성도는 4μ몰/min이어서 초기활성도의 5%에 해당했다.
[실시예 6]
효소용액이 실시예4에 사용된 것과 동일한 100mg의 알파-카이모트립신을 500ml의 0.1M 인산완충액 pH 7.0에 용해시킴에 의해 준비되었다.
효소는 실시예5에서 사용된 것과 동일한 1㎡의 ASAHI PAN-150 헤모필터상에 효소용액을 한외여과 모우드에서 쉘측으로부터 루멘측으로 다시 용액저장기로 순환시킴에 의해 장전되었다. 공정은 2.5시간만에 완성되었다.
효소를 반응기에 장전한 후 아밀 아세테이트속의 10mM BTEE 1리터를 쉘측에서 순환시키기 시작했다.
순환속도는 10ml/min이었고 쉘구획상의 평균압력은 쉘측 출구에서의 교축밸브를 조절함에 의해 6.5psi로 유지시켰다. 루멘측에서는 200ml의 2mM 인산완충액 pH 7.0이 250ml/min의 유속으로 순환되었다. 수용액 저장기의 pH는 1M NaOH를 첨가함에 의해 7.0에서 유지되었다.
BTEE의 초기 가수분해속도는 45μ몰/min인 것이 판명되었다.
[실시예 7]
실시예 1-6에서 사용된 중공섬유에 보유된 알파-카이모트립신의 총량을 증가시키기 위해, 효소의 분자량을 글루타알데히드를 사용하고 이러한 화학에 대한 종래 약정을 따르는 소혈청 알부민(Bovine Serum Albumin)(시그마화학 Co., Cat # A 4503)을 교차결합시킴에 의해 증가시켰다. 겔침투착색법(gel permeation chromatography)은 80% 이상의 단백질 켤레가 100,000을 초과하는 분자량을 가짐을 나타내었다. 최종 효소용액은 10μ몰/min-ml의 BTEE 활성도를 가진 1리터의 0.1M K2HPO4/1M NaCl pH 7.8로 구성되었다.
효소는 실시예 4에서 사용된 것과 동일한 1㎡의 ASAHI-150 헤모필터상에 쉘측으로부터 루멘측으로 20ml/min의 유속으로 용액을 한번 한외여과시킴에 의해 장입되었다.
효소를 반응기에 장입한 후, 쉘측에서 n-옥탄올(Aldrich Co.)에서의 500ml의 40mM BTEE를 순화시키기 시작했다.
순환속도는 500ml/min이었고 쉘구획상의 평균압력은 쉘측출구에서 교축밸브를 조절함에 의해 6.5psi에서 유지되었다.
루멘측에서는 1리터의 0.1M K2HPO4/1M NaCl 완충액 pH 7.0이 유속 500ml/min으로 순환되었다. 수용액 저장기의 pH는 1M NaOH를 첨가함에 의해 7.0에서 유지되었다.
BTEE의 초기 가수분해속도는 700μ몰/min으로 판정되었다.
여기서 기술되고 청구된 본 발명은 상기 실시예의 범위에 한정되는 것을 의미하는 것이 아니다.
실제, 여기에서 도시되고 설명된 실시예에 부가한 많은 본 발명의 수정이 전술한 설명들로부터 당해분야의 전문가들은 알 수 있게 된다. 이러한 수정도 첨부된 청구범위의 범위내에 속해야 할 것이다.

Claims (38)

  1. 두 유체상(fluid phases) 사이에 촉매를 가두기 위한 장치에 있어서, (a) 제1표면은 반응물 혹은 생성물의 침투가 가능할 정도로 크나 촉매의 누설을 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 미세구멍이 있는 외피(skin)에 특징이 있고 제1표면은 막(membrance)을 적시는 제1유체와 접촉하며 : (b) 상기 제2표면은 반응물, 생성물 또한 촉매의 침투를 허용할 정도로 충분히 큰 미세구멍에 특징이 있고, 제1유기체와 혼합할 수 없는 제2유기체와 제2표면이 접촉하며 촉매가 이 속에서 용해되지 않은 촉매함유막(catalyst-containing membrane)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 촉매-함유막이 비대칭막(asymmetric membrance)인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 촉매-함유막이 복합막인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 촉매-함유막이 평판형상인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 촉매-함유막이 친수성 재료로 되고 제1유기체가 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 촉매-함유막이 소수성 재료이고 제1유체는 물과 혼합될 수 없는 유기용매인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 촉매함유막이 튜브형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 촉매함유막이 친수성 재료로 구성되고, 제1표면은 튜브의 내측에 있으며, 제1유체는 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 촉매함유막이 친수성 재료로 구성되고 제2표면이 튜브의 내부이며 제2유체는 물과 혼합될 수 없는 유기용매인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 촉매함유막의 소수성 재료로 구성되고, 제1표면은 튜브의 내부이며 제1유체는 물과 혼합되지 않는 유기용매인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제7항에 있어서, 촉매 함유막이 소수성 재료로 구성되고, 제2표면이 튜브의 내부이며, 제2유체가 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 촉매함유막이 중공의 섬유형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 촉매함유막이 친수성 재료로 구성되고 제1표면이 내강(lumen)에 있으며 제1유체는 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 촉매함유막이 친수성 재료로 구성되고 제2표면은 내강에 있으며 제2유체는 물과 혼합될 수 없는 유기용매인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제12항에 있어서, 촉매함유막이 소수성 재료로 구성되고 제1표면은 내강에 있으며 제1유체는 물과 혼합될 수 없는 유기용매인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제12항에 있어서, 촉매함유막이 소수성 재료로 구성되고 제2표면은 내강에 있으며, 제2유체는 수용액인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항에 있어서, 촉매가 균질성 비-생물학적 촉매인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제1항에 있어서, 촉매가 효소인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 촉매가 거대분자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1항에 있어서, 촉매가 다당류에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제1항에 있어서, 촉매가 단백질에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제1항에 있어서, 촉매가 고분자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제1항에 있어서, 촉매가 수용성 고분자에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제19,20,21 혹은 23항중 한 항에 있어서, 촉매가 공유 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제1항에 있어서, 촉매가 전체세포인 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제1항에 있어서, 기본반응물이 제1유체에 공급되고 기본생성물이 제2유체에서 나오는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제1항에 있어서, 기본반응물이 제2유체에 공급되고 기본생성물이 제1유체에서 나오는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. (a) (i) 제1표면에 반응물 혹은 생성물의 침투가 가능할 정도로 크기는 하지만 촉매의 누설을 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 미세구멍이 있음을 특징으로 하고, (ii) 제2표면은 반응물, 생성물과 촉매의 침투가 가능한 크기의 미세구멍에 특징이 있는 제1 및 제2표면을 갖춘 막을 구비하고 : (b) 막을 적시는 제1유체속에 촉매와 막의 제2표면을 접촉시켜서 촉매를 막속으로 충진하고 : (c) 막의 제1표면을 제1유체와 접속시키고 : (d) 제2표면에서 막을 충진하는데 사용된 제1유체를 이 유체와 혼합되지 않는 제2유체와 교환하고, 한편 이속에 촉매가 용해되지 않음을 특징으로 하는 것으로서 두 유체상 사이의 막내에 촉매를 가두는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 기본반응물이 제1유체에 공급되고 기본 생성물이 제2유체에서 나오는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 기본반응물 이 제2유체에 공급되고 기본 생성물이 제1유체에서 나오는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. (a) (i) 제1표면은 반응물 혹은 생성물의 침투가 가능한 정도로 크지만 촉매의 누설은 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 미세구멍을 갖춘 외피를 특징으로 하고 이 표면은 막을 적시는 제1유체와 접촉하고 있고, (ii) 제2표면은 반응물, 생성물과 촉매의 침투가 가능할 정도의 크기로 된 미세구멍에 특징이 있고, 이 표면은 제1유체와 혼합될 수 없는 제2유체와 접촉하고 한편 촉매는 제2유체속에 용해되진 않는 것을 특징으로 하는 제1 및 제2표면을 갖추고 촉매가 불활성으로 되는 촉매막을 구비하고 : (b) 불활성화된 막의 제1표면에 압력을 가하여 막으로부터 떠어내고, (c) 막의 제2표면과 유체내의 새로운 촉매용액을 접촉시켜서 새로운 촉매를 막속으로 충진하고 : (d) 제2표면에서 막을 충진하는데 사용된 유체를 제2유체에 대체하여 장치를 재충전시키는 것을 특징으로 하는 두 유체상 사이에 촉매를 가두는 장치의 재충전방법.
  32. 제31항에 있어서, 기본반응물이 제1유체에서 공급되고 기본생성물은 제2유체에서 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제31항에 있어서, 기본반응물이 제2유체에서 공급되고 기본생성물은 제1유체에서 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 두 유체상 사이에 촉매를 가두기 위해 반응물 혹은 생성물의 침투가 가능할 정도로 크지만 촉매의 누설은 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 크기의 미세구멍을 갖춘 외피에 특징이 있는 제1표면과 : 반응물, 생성물과 촉매의 침투가 가능할 정도로 큰 미세구멍에 특징이 있는 제2표면을 갖춘 막을 포함하고 : (a) 막의 제2표면과 유체에 용해된 촉매를 접촉시켜서 촉매를 막속으로 충진하고, (b) 막의 제1표면과 막을 적시는 제1유체를 접촉시키고, (c) 제2표면에서 막을 충진하는데 사용된 유체를 제1유체와, 혼합불가한 제2유체와 교환하고 한편, 이 유체속에서는 촉매가 용해되지 않는 것을 특징으로 하는 촉매충진 방법에 따라 충진된 장치.
  35. 제34항에 있어서, 기본반응물이 제1유체에서 공급되고 기본생성물이 제2유체에서 제거되는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제34항에 있어서, 기본반응물이 제2유체에서 공급되고 기본생성물이 제1유체에서 제거되는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 반응물이 제1 및 제2유체흐름중 하나에서 공급되고 생성물은 다른 하나에서 제거되는 촉매반응을 실시하기 위한 방법에 있어서 : (a) 촉매함유막의 제1표면은 반응물 혹은 생성물의 침투가 가능한 정도로 크지만, 촉매누설을 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 미세구멍들이 있는 외피를 특징으로 하고 제1표면을 막을 적시는 제1유체와 접촉하며 : (b) 촉매-함유막의 제2표면은 반응물, 생성물 또한 촉매의 침투가 가능한 정도로 충분히 큰 미세구멍에 특징이 있고, 이 표면은 제1유체와 혼합될 수 없는 제2유체와 접촉하고 또한 이 제2유체속에 촉매가 용해되지 않는 것을 특징으로 한 촉매함유막을 제공하고, 촉매를 두 유체상 사이에 가두고, 반응물을 제1 및 제2유체중 하나에 유입시키고 : 생성물을 제1 및 제2유체중 다른 하나에서 제거하는 과정들로 구성된 촉매반은 실행방법.
  38. 제37항에 있어서, 유체속에서 막의 제2표면과 전술한 촉매용액을 접촉시켜서 촉매를 막속으로 충진하고, 제2표면에서 막을 충진하는데 사용된 유체를 제2유체와 교환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한 촉매반응 실행방법.
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