RU1787044C - Способ локализации катализатора в пористой асимметричной мембране - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к мембранным каталитическим реакторам и может быть использовано дл  осуществлени  химических или биохимических реакций в многофазных реакционных системах. Целью изобретени   вл етс  снижение потерь катализатора как при введении его в мембрану, так и при проведении каталитической реакции, Способ заключаетс  в том, что вначале со стороны крупнопористой подложки гидроильной анизотропной мембраны подают под избыточным давлением водный раствор катализатора , При этом частицы катализатора вход т в поры подложки и задерживаютс  в теле мембраны, поскольку малые поры плотного сло  их не пропускают. Затем водный раствор катализатора вытесн ют органической реагентной жидкостью, не смешивающейс  с водой, и прокачивают ее вдоль пористой подложки мембраны под избыточным давлением. Реакци  проходит в порах мембраны, продукты реакции выход т в водную фазу, прокачиваемую вдоль плотного сло  мембраны. При этом потерь катализатора не происходит. Возможно использование мембраны из гидрофобного материала и загрузка катализатора из раствора органической жидкости с последующей заменой ее водным раствором. 3 з. п. ф-лы, 2 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к мембранным каталитическим реакторам и может быть использовано дл  осуществлени  химических или биохимических реакций в многофазных реакционных системах.

Целью изобретени   вл етс  снижение потерь катализатора как при введении катализатора в мембрану, так и при проведении каталитической реакции.

На фиг, 1 и 2 представлены схематично два варианта осуществлени  способа на пористой мембране, изготовленной в виде асимметричного полого волокна. На фиг. 1 волокно имеет плотный слой с малыми порами на внутренней поверхности; на фиг. 2 - то же, на наружной.

Асимметричные мембраны, пригодные дл  использовани  в изобретении, выбирают из анизотропных ультрафильтрационных и микрофильтрационных мембран, Эти мембраны имеют на одной из поверхностей тонкий плотный слой 1 толщиной 0,1-0,2 мкм, нанесенный на более толстую (100-200 мкм) крупнопористую подложку 2, В плотном слое 1 поры имеют достаточно малые размеры (пор дка дес тков ангстрем), что преп тствует прохождению через него макромолекул рных катализаторов, таких как ферменты и коллоидные катализаторы , Возможно использование дл  этой цели и диффузионных асимметричных мембран дл  диализа и обратного осмоса.

VI

00 VJ

g

4

GO

Поры в положке 2 существенно крупнее (от 0,02 до нескольких мкм), что позвол ет свободно проходить через них частицам катализатора . В порах такого размера существенную величину имеют капилл рные силы.

Вторым непроницаемым дл  катализатора барьером, ограничивающим в теле мембраны зону с катализатором,  вл етс  граница раздела 3 двух жидкостей. Капилл рный эффект обеспечивает удержание нужной жидкости в крупнопористой мембранной подложке и исключает другую несмешивающуюс  с первой жидкость. На фиг, 1 и 2 представлен лишь один вариант геометрической формы пористой мембраны в виде капилл ра, имеющего внутренний канал 4. Но возможны и плоские пористые мембраны, и трубчатые, и любой иной формы .

Изобретение можно классифицировать в соответствии с природой катализатора и реакций. .Например, возможна локализаци  ферментов, растворенных в водной фазе. Способ осуществл ют следующим образом: водный раствор фермента загружают со сто- роны гидрофильной крупнопористой подложки 2 и продавливают через стенку волокна с помощью избыточного давлени . При этом фермент накапливаетс  в объеме пористой подложки. Затем избыток водного раствора фермента удал ют промыванием волокна несмешивающейс  жидкостью, например , органическим растворителем.

Далее волокно ввод т в рабочий режим, при котором водный раствор прокачивают вдоль поверхности плотного сло , а органический растворитель под избыточным давлением - вдоль поверхности крупнопористой подложки.

При локализации катализаторов, рас- творенных в органических жидкост х, способ осуществл ют в том же пор дке, только мембрану выполн ют из гидрофобного материала .

Пример. Полые волокна из полиак- рилонитрила, гидрофильного полимера, насыщали со стороны пористой подложки водным раствором липазы, гидролитического фермента. Размер пор в плотном слое мембраны таков, что он не пропускал 90 % белков с молекул рной массой больше 50000. В ходе загрузки фермента перепад давлений по обе стороны мембраны поддерживали 0,56 ат в течение 1 ч.

После загрузки фермента начинали про- качивание вдоль крупнопористой подложки феноксиацетатметинового эфира под избыточным давлением 0,455 ат. Со стороны плотного сло  прокачивали 0,1 м раствор ЫаНСОзпри рН 7,8.

Конверсию и скорость реакции непрерывно регистрировали по потреблению гид- роксида натри . Продукт представл ющий собой феноксиуксусную кислоту, накапливалс  в водном растворе, из которого его затем выдел ли подкислением до рН 1 и отфильтровыванием выпавшего осадка. После высушивани  анализ показал, что в твердой фазе содержалось 96,3 % продукта. В ходе 5-суточного непрерывного эксперимента было показано отсутствие фермен- тивной активности в водной фазе, т. е, потерь фермента не было.

В случае дезактивации фермента и необходимости его замены положительное давление накладывают на водный раствор со стороны плотного сло , вызыва  конвекционный поток через мембрану, с которым из стенок волокна удал етс  инактивиро- ванный фермент. Дл  повторного заполнени  мембраны катализаторам воспроизвод т описанные выше стадии.

Claims (4)

1. Способ локализации катализатора в пористой асимметричной мембране, имеющей первую поверхность с малыми порами, пропускающими молекулы реагентов и продуктов , и вторую поверхность с большими порами, пропускающими молекулы катализатора , реагентов и продуктов, дл  проведе- ни  каталитической реакции путем прокачивани  первого потока жидкости вдоль второй поверхности пористой мембраны и прокачивани  второго смачивающей мембрану жидкости вдоль первой поверхности пористой мембраны путем ввода катализатора в первый поток жидкости и его задержани  в порах мембраны при фильтровании первого потока через нее, отличающийс  тем, что, с целью снижени  потерь катализатора, в качестве жидкости в первом потоке при вводе в нее катализатора используют жидкость, смачивающую вторую поверхность пористой мембраны, а после задержани  катализатора в порах мембраны ее замен ют на жидкость, котора  не смешиваетс  с жидкостью второго потока и в которой катализатор не раствор етс .

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что после.замены жидкости первого потока давление в ней поддерживают более высоким, чем давление в жидкости второго потока.

3. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что реагенты ввод т в первый поток жидкости, а продукты вывод т из второго потока жидкости.

4. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что реагенты ввод т во второй поток

жидкости, а продукты вывод т из первого потока жидкости.

Фиг.1