NL8702693A - Werkwijze voor het scheiden van amfotere mengsels in adsorptiekolommen en bedden en inrichting daarvoor. - Google Patents

Description

-1- *

Werkwijze voor het scheiden van amfotere mengsels in adsorptiekolommen en -bedden en inrichting daarvoor.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het scheiden van eiwitten of van andere amfotere stoffen, in hun componenten door gebruik te maken van het feit dat de mate van adsorptie aan een bepaald adsorbend per component afhankelijk is van de heersende 5 pH, waarbij het mengsel door een adsorptiekolom of over een adsorptie-bed wordt getransporteerd. Dergelijke werkwijzen zijn bekend. Ze worden bijvoorbeeld uitgevoerd in een van een adsorbens voorziene kolom, waarin een te scheiden mengsel wordt gevoerd en de gewenste pH-verande-ringen worden gerealiseerd door bufferoplossingen van de gewenste pH 10 door de kolom te voeren in een richting die overeenkomt met de trans-portrichting van de te scheiden componenten.

Bij cyclische adsorptieve scheidingsprocessen (parametrisch pompen) wordt het te scheiden mengsel heen en weer gepompt door een adsorptiekolom, terwijl de pH synchroon gekoppeld aan de door-15 stromingsrichting wordt veranderd.

De koppeling van de pH aan de vloeistofstroom die door de kolom gevoerd wordt, geeft aanleiding tot een pH-gradiënt in de kolom. Een pH-gradiënt zal in het algemeen niet bevorderend werken op het scheidingsproces omdat een te scheiden component zich deels zal 20 bevinden bij een pH waar deze nog sterk gebonden wordt, deels bij een pH waar deze niet meer gebonden is. In zo’n geval werkt slechts een deel van de kolom effectief. Het ongunstige effect van pH-gradiënten zal des te sterker gelden naarmate de scheiding subtieler, dat wil zeggen in een nauw omschreven pH-range moet worden uitgevoerd.

25 Bij eiwitten zal men er bijvoorbeeld naar streven om de pH om de iso-elektrische punten te laten schommelen wat dus volgens de huidige stand van de techniek niet goed mogelijk is.

De verandering van de pH via bufferoplossingen die door de kolom gevoerd worden heeft daarnaast nog als bezwaar dat in het algemeen een 30 hoog chemicaliënverbruik zal optreden omdat in de kolom voortdurend buffer wordt verbruikt.

De werkwijze volgens de uitvinding ondervangt beide hiervoor genoemde nadelen en vertoont daartoe als kenmerken dat de pH wordt gevarieerd door diffusie van zuur of basisch gas in het adsorbens 35 en wel in een richting loodrecht op de transportrichting en aldus in zijdelingse richting, de componenten uit het mengsel worden gescheiden.

87026957 f -2-

Als zuur of basisch gas kunnen bijvoorbeeld worden gekozen CO2 en NH3.

De realisatie van de hiervoor genoemde werkwijze vereist een speciale uitvoeringsvorm van het adsorptieproces.

5 De verandering van de pH loodrecht op de doorstro- mingsrichting door de kolom vereist dat het adsorbens zich in een zeer dunne laag bevindt. De pH-verandering moet immers door diffusie van het pH veranderende agens in het adsorbens plaatsvinden en diffusie is een langzaam proces. Tevens is het noodzakelijk dat de scheidingswand, 10 waardoor de pH-verandering gerealiseerd moet worden, goed permeabel is voor het pH veranderende agens. Hiertoe is volgens een voorbeelduit-voering van de werkwijze volgens de uitvinding het gebruik van een membraan het meest geschikt. Dit membraan moet niet permeabel zijn voor de te scheiden componenten en mag ook niet sterk permeabel zijn voor 15 water, hoewel in het laatste geval een kleine permeabiliteit geen bezwaar hoeft te zijn.

De regeling van de pH met een gas vereist wel dat het membraan een hoge permeabiliteit heeft voor dat gas.

De pH-regeling via het membraan kan nu plaatsvinden 20 door de keuze van de partiële gasdruk tegen de membraanwand. Bij hoge C0£-druk verschuift bijvoorbeeld de pH naar de zure kant, bij lage partiële C02~druk naar de basische kant.

Bij voorkeur zal als basis bufferelectroliet in het adsorbens bij gebruik van CO2 als pH-regelend agens gebruik gemaakt 2- 25 worden van het HCOg-CO^ - evenwicht als functie van de C02-druk.

In principe is met dat systeem een pH-gebied van 5 - 8 te bestrijken.

In bepaalde gevallen zal ook NH3 als pH regelend agens gebruikt kunnen worden, bijvoorbeeld bij hoge pH.

30 Er zijn verschillende uitvoeringsvormen mogelijk om in een adsorptie-kolom de pH "stationair" te veranderen.

De eenvoudigste uitvoeringsvorm is een sandwich van dunne adsorptielagen tussen menbranen ingebed zoals in figuur 1 schematisch weergegeven.

35 Een meer geavanceerde uitvoeringsvorm is de spiraal- gewonden module analoog aan modules die in de membraantechnologie toegepast worden. In dit geval wordt de spacer aan permeaatzijde gevormd 8702693.

-3- door het adsorbens, terwijl het pH regulerend gas wordt toegediend via 1 de spacer aan de retentaatzijde. De technologie voor het maken van dergelijke modules is vanuit de membraantechnologie goed bekend.

Een verdere uitvoeringsvorm bestaat uit een membraan-5 module met holle vezels waarbij, hetzij de inwendige ruimte in de holle vezels, hetzij de ruimte buiten de holle vezels gevuld is met een adsorpbens en de niet met adsorbens gevulde ruimte gebruikt wordt voor de applicatie van het pH regulerend agens.

Een variant op het hiervoor geschetste principe is 10 dat in het geheel geen adsorbens wordt gebruikt maar dat de membraan-wand voorzien is van adsorberende, bijvoorbeeld ionenwisselende groepen. De membraanwand doet dan zelf dienst als adsorbens en de diffusie-weglengte voor de pH-regeling is uiterst klein.

Experimenten uitgevoerd aan een adsorptie-bed van 15 1 mm dik, opgesloten tussen twee siliconrubbermembranen en een 0,05 m

Na HCO3 "basis” bufferoplossing toonden aan dat de pH-instelling op pH 6 met CO2 van atmosferische druk toegediend via siliconrubbermembranen snel verloopt.

Het omgekeerde proces waarbij CO2 uit het systeem 20 wordt verwijderd door N2 langs de membranen te spoelen verloopt langzamer.

Bij subtiele pH-regelingen in een nauw pH-gebied behoeft dit echter geen bezwaar te zijn.

8702693."

Claims (8)

1. Werkwijze voor het scheiden van mengsels van amfo-tere stoffen in hun componenten door gebruik te maken van het feit dat de mate van adsorptie aan een bepaald adsorbens, per component afhankelijk is van de heersende pH, waarbij het mengsel door een adsorptie-5 kolom of over een adsorptiebed wordt getransporteerd, met het kenmerk dat de pH wordt gevarieerd door diffusie van een zuur- of basisch gas in het adsorbens en wel in een richting, loodrecht op de transport-richting en aldus in zijdelingse richting de componenten uit het mengsel worden gescheiden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het pH regelende agens toegediend wordt via een membraan dat evenwijdig loopt aan de doorstromingsrichting van de kolom of het bed.

3. Werkzijde volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het pH regelende agens een zuurvormend of basevormend gas zoals CO£ of

15 NH3 is.

4. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 2 of 3 met het kenmerk dat de kolom of het bed in de lengterichting voorzien van een het agens doorlatend membraan.

5. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk dat 20 het adsorptiekolom bed bestaat uit een aantal dunne lagen die opgesloten zijn tussen membranen.

6. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk dat de adsorptiekolom bestaat uit een spiraalgewonden membraanmodule waarvan de permeaat spacer gevormd wordt door het adsorbens en de retentaat 25 ruimte gebruikt wordt voor de toediening van het pH regelend gas.

7. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk dat de adsorptiekolom een holle vezelmodule is die in of buiten de holle vezels gevuld is met een adsorbens en waarbij de niet gevulde ruimte gebruikt wordt voor de toediening van het pH regelend gas.

8. Inrichting volgens één der conclusies 4, 6 of 7 met het kenmerk dat de adsorptiekolom of het adsorptiebed gevormd wordt door de membraanwand zelf en waarbij de ene zijde van de membraanwand gekozen wordt voor het vloeistof transport en de andere zijde voor de toevoer van de pH regelende gassen. 8702693.'