RU2801577C2 - Трёхкамерный биполярный мембранный электродиализ солей аминокислот - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения аминокислоты из соли аминокислоты с использованием трехкамерного электродиализа с биполярными мембранами. Предлагаемый способ включает: введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания; введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами; и введение водного потока в камеру для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами. При этом первая кислота и аминокислота являются различными, аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты. Предлагаемый способ обеспечивает получение аминокислот с коммерчески приемлемыми выходами. Изобретение относится также к различным вариантам указанного способа, в том числе к способам получения и извлечения иминодиуксусной кислоты. 8 н. и 63 з.п. ф-лы, 24 ил., 4 табл., 6 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу электродиализа для получения аминокислоты из соли аминокислоты с использованием способа электродиализа с трехкомпонентной биполярной мембраной, в котором водный электролит, содержащий экзогенную кислоту, добавляют в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. Экзогенная кислота отличается от аминокислоты и обычно имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты. Настоящее изобретение также относится к способу электродиализа для получения аминокислоты из соли аминокислоты с использованием двухкамерного аппарата с биполярными мембранами, за которым следует трехкамерный аппарат с биполярными мембранами.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Биполярный мембранный электродиализ (БМЭ) позволяет получать неорганическую или органическую кислоту из неорганической или органической соли, соответственно, путем расщепления воды, что обеспечивает протоны для образования кислоты. Биполярные мембраны способны расщеплять воду непосредственно на ионы Н⁺ и ОН^- без образования газов, таких как Н₂ или О₂. В процессе биполярного мембранного электродиализа ионы Н⁺ и ОН^-, образующиеся при расщеплении воды в межфазной области мембраны, мигрируют под действием электрического поля к катоду и аноду соответственно. Двухкамерная ячейка БМЭ обычно включает биполярную мембрану (БПМ) и катионообменную мембрану (КОМ). Например, обычно несколько повторяющихся единиц БПМ-КОМ-БПМ помещают между двумя электродами, тем самым образуя двухкамерную ячейку БМЭ, содержащую несколько отсеков для основания и соли. Трехкамерная ячейка БМЭ обычно включает биполярную мембрану (БПМ), катионообменную мембрану (КОМ) и анионообменную мембрану (АОМ). БПМ, КОМ и АОМ помещают между двумя электродами, образуя камеры для основания, соли и кислоты. В целях масштабирования обычно несколько повторяющихся единиц БПМ-КОМ-АОМ или АОМ-КОМ-БПМ помещают между двумя электродами, тем самым образуя ячейку БМЭ, содержащую несколько камер для основания, соли и кислоты, чтобы обеспечить несколько потоков продуктов. Поток продукта камеры для кислот содержит желаемую неорганическую или органическую кислоту.

[0003] Как правило, процесс электродиализа требует подходящей ионной проводимости для достижения коммерчески приемлемого выхода по току. Кислоты, которые хорошо диссоциируют в камере для кислоты, способны поддерживать достаточную ионную проводимость и приемлемый выход по току. Если кислота не может достичь требуемой диссоциации, то может потребоваться изменить процесс. Например, в процесс может быть введено тепло или дополнительная ионообменная смола может быть установлена в камере для кислоты биполярного мембранного аппарата.

[0004] В уровне техники существует потребность в способе электродиализа с использованием трехкамерного аппарата с биполярными мембранами и/или двухкамерного биполярного мембранного аппарата, за которым следует трехкамерный аппарат с биполярными мембранами, в котором кислота производится при улучшенной и коммерчески приемлемого выхода по току, которая преодолевает проблемы, связанные с предшествующими способами (например, необходимость введения тепла в процесс или установки дополнительной ионообменной смолы в камеру для кислоты биполярного мембранного аппарата).

Сущность изобретения

[0005] В настоящей заявке предложен трехкамерный аппарат с биполярными мембранами для электродиализа и способ улучшенного производства аминокислоты из соли аминокислоты, в котором процесс приводит к коммерчески приемлемой эффективности использования тока и коммерчески приемлемым выходам аминокислоты.

[0006] Настоящее изобретение включает процессы трехкамерного биполярного мембранного электродиализа, в которых ионная проводимость содержимого камеры для кислоты улучшена путем введения водного электролита, содержащего кислоту, отличную от аминокислоты (т.е. экзогенную кислоту, также называемую в настоящей заявке «первая кислота») в камеру для кислоты.

[0007] Таким образом, вкратце, настоящее изобретение относится к способу получения аминокислоты, включающему в себя введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания; введение потока соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли ячейки с биполярными мембранами; и введение водного потока в камеру для основания ячейки с биполярными мембранами; при этом первая кислота и аминокислота являются различными. Настоящее изобретение также относится к способу, включающему в себя введение потока исходной соли, содержащей соль аминокислоты в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания, и введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в виде потока соли для трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, описанной выше.

[0008] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения аминокислоты, включающему в себя введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания; введение потока соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли ячейки с биполярными мембранами; и введение водного потока в камеру для основания ячейки с биполярными мембранами, при этом камера для кислоты ограничена первой биполярной мембраной и анионообменной мембраной, при этом камера для основания ограничена второй биполярной мембраной и катионообменной мембраной, при этом камера для соли ограничена анионообменной мембраной камеры для кислоты и катионообменной мембраной камеры для основания, причем способ, кроме того, включает в себя приложение электрического потенциала между катодом и анодом, тем самым вызывая поток протонов в камере для кислоты к катоду и образование анионов аминокислоты из соли аминокислоты в камере для соли, где анионы аминокислоты проходят через анионообменную мембрану в камеру для кислоты; и при этом первая кислота и аминокислота являются различными. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу, включающему в себя введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания и введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в виде потока соли для трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, описанной выше.

[0009] Настоящее изобретение также относится к способу получения иминодиуксусной кислоты, при этом способ включает в себя введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания; введение потока соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли ячейки с биполярными мембранами; и введение водного потока в камеру для основания ячейки с биполярными мембранами. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу, включающему в себя введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания и введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в виде потока соли для трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, описанной выше.

[0010] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу извлечения аминокислоты из соли аминокислоты, где способ включает в себя введение технологического потока, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, содержащего камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания, введение кислоты в камеру для кислоты мембранного аппарата, где pKa кислоты является меньше, чем pKa аминокислоты. Например, pKa кислоты по меньшей мере приблизительно на 0,5, по меньшей мере приблизительно на 1, по меньшей мере приблизительно на 2 или по меньшей мере приблизительно на 3 единицы pKa ниже, чем pKa аминокислоты. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу, включающему в себя введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания и введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в качестве соли аминокислоты для введения в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, описанного выше.

[0011] Помимо этого настоящее изобретение относится к способу извлечения иминодиуксусной кислоты из соли иминодиуксусной кислоты, где способ включает в себя введение технологического потока, содержащего соль иминодиуксусной кислоты в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, содержащего камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания, и введение кислоты в камеру для кислоты мембранного аппарата. Дополнительно, настоящее изобретение относится к способу, включающему в себя введение технологического потока, содержащего соль иминодиуксусной кислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания и введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в виде технологического потока, содержащего соль иминодиуксусной кислоты, для введения в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, описанного выше.

[0012] Другие объекты и признаки будут частично очевидны, а частично указаны ниже.

Краткое описание чертежей

[0013] На Фигуре 1а представлена примерная конфигурация трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами и поток соответствующих ионов при воздействии электрического потенциала между катодом и анодом.

[0014] На Фигуре 1b представлена та же конфигурация, что и на Фигуре 1а с потоком сырья, содержащим DSIDA и экзогенную кислоту, содержащую HCl.

[0015] На Фигуре 2а представлена типичная повторяющаяся ячейка для трехкамерной установки электродиализа с биполярными мембранами.

[0016] На Фигуре 2b представлена альтернативная трехкамерная установка электродиализа с биполярной мембраной, в которой концевые мембраны являются биполярными мембранами.

[0017] На Фигуре 2с представлена альтернативная трехкамерная установка электродиализа с биполярной мембраной, которой концевые мембраны являются катионообменными мембранами.

[0018] На Фигуре 3 представлен способ биполярного мембранного электродиализа (БМЭ) в контексте производственной операции N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты (PMIDA).

[0019] На Фигуре 4 представлена пригодная двухкамерная установка с биполярной обменной мембраной, за которой следует трехкамерная установка с биполярной мембранной.

[0020] На Фигуре 5 представлена блок-схема комбинации способа двухкамерной биполярной обменной мембраны с последующим трехкамерный способом биполярной обменной мембраны.

[0021] На Фигуре 6 представлена концентрация DSIDA, концентрация NaOH и выход NaOH из Примера 1.

[0022] На Фигуре 7 представлена концентрация DSIDA, концентрация IDA и выход IDA из Примера 1.

[0023] На Фигуре 8 представлена проводимость содержимого подающей (солевой) камеры и камеры для основания, а также рН подающей (солевой) камеры из Примера 1.

[0024] На Фигуре 9 представлены проводимость и рН содержимого камеры для кислоты из Примера 1.

[0025] На Фигуре 10 представлены изменение тока, напряжение и выход по току из Примера 1.

[0026] На Фигуре 11 представлена концентрация DSIDA, концентрация NaOH и выход NaOH из Примера 2

[0027] На Фигуре 12 представлена концентрация DSIDA, концентрация IDA и выход IDA из Примера 2.

[0028] На Фигуре 13 представлен выход по току, а также ток и напряжение, приложенные к пакету мембран из Примера 2.

[0029] На Фигуре 14 представлена концентрация DSIDA, концентрация NaOH и выход NaOH из Примера 3.

[0030] На Фигуре 15 представлена концентрация DSIDA, концентрация IDA и выход IDA из Примера 3.

[0031] На Фигуре 16 представлен выход по току, а также ток и напряжение, приложенные к пакету мембран из Примера 3.

[0032] На Фигуре 17 представлена блок-схема трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, включая рециркуляцию потоков продуктов и введение потока(ов) сырья через бак(и) рециркуляции.

[0033] На Фигуре 18 представлены ток, напряжение и выход по току из Примера 4.

[0034] На Фигуре 19 представлена концентрация NaOH, концентрация IDA и концентрация DSIDA из Примера 4.

[0035] На Фигуре 20 представлена проводимость и выход по току камеры для основания и камеры для соли процесса двухкамерной биполярной обменной мембраны из Примера 5.

[0036] На Фигуре 21 представлен массовый баланс и выход натрия и IDA для способа с двухкамерной биполярной обменной мембраной из Примера 5.

[0037] На Фигуре 22 представлены напряжение и выход по току способа с двухкамерной биполярной обменной мембраной из Примера 5.

[0038] На Фигуре 23 представлены проводимость камеры для кислоты, основания и камеры для соли способа трехкамерной биполярной обменной мембраны из Примера 6.

[0039] На Фигуре 24 представлено напряжение способа трехкамерной биполярной обменной мембраны из Примера 6.

Подробное описание изобретения

[0040] В настоящей заявке предложен трехкамерный аппарат с биполярными мембранами и способы производства аминокислоты с использованием трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, где сырьевой поток содержит соль аминокислоты и водный электролит, содержащий экзогенную кислоту (также упоминается в настоящей заявке как «первая кислота»), вводят в камеру для кислоты биполярного мембранного аппарата. Как описано в настоящей заявке сырьевой поток в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами может представлять собой исходный сырьевой поток соли аминокислоты или может представлять собой поток соли, извлеченным из камеры для соли двухкамерного биполярного мембранного аппарата.

[0041] Производство слабых кислот с использованием процесса трехкамерного БМЭ приводит к относительно низкому выходу по току из-за слабой константы диссоциации в камере для кислоты и соответствующей плохой ионной проводимости. Поэтому биполярный мембранный электродиализ традиционно используют только при производстве сильных кислот. В настоящей заявке описан процесс электродиализа с использованием трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, в котором слабую кислоту производят при улучшенных и коммерчески приемлемых выходах по току, который преодолевает проблемы, связанные со способами из предшествующего уровня техники получения слабых кислот (например, необходимость введения тепла в процесс или установки дополнительной ионообменной смолы в камеру для кислоты аппарата с биполярными мембранами). Преимущественно, предлагаемые в настоящем изобретении способы обеспечивают получение аминокислот с коммерчески приемлемыми выходами.

[0042] Также настоящее изобретение относится к способу трехкамерного электродиализа с биполярными мембранами для получения аминокислот (например, IDA) из соли аминокислоты (например, динатриевой соли иминодиуксусной кислоты, т.е. DSIDA), которая не приводит к образованию натриевого побочного продукта. Например, в соответствии с настоящим изобретением не происходит образование солевого побочного продукта - хлорида натрия при получении IDA из DSIDA. Настоящее изобретение относится к получению аминокислоты из соли аминокислоты, где соль содержит катион, отличный от натрия. Подходящие катионы солей могут быть выбраны, например, из группы, состоящей из калия, лития, аммония, кальция и магния. Кроме того, как подробно описано ниже, настоящее изобретение также относится к способу электродиализа с использованием трехкамерного аппарата с биполярными мембранами и двухкамерного аппарата с биполярными мембранами для получения аминокислоты из соли аминокислоты. В соответствии с такими вариантами осуществления двухкамерная биполярная мембрана частично превращает соль аминокислоты с последующим превращением продукта из двухкамерного аппарата в желаемую аминокислоту. Например, в способе получения IDA из DSIDA продукт из двухкамерного биполярного мембранного аппарата содержит мононатриевую соль иминодиуксусной кислоты (т.е. MSIDA), а сырьевой поток в камере для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами содержит MSIDA, извлеченную из двухкамерного аппарата БМЭ.

[0043] В различных вариантах осуществления настоящего изобретения трехкамерный аппарат с биполярными мембранами включает одну или несколько повторяющихся единиц (т.е. «мембранных единиц»), содержащих биполярную мембрану (БПМ), катионообменную мембрану (КОМ) и анионообменную мембрану (АОМ). Одна или несколько повторяющихся мембранных единиц могут быть выбраны, например, из следующих конфигураций: [БПМ-КОМ-АОМ]_n, [БПМ-АОМ-КОМ]_n, [ВРМ¹-КОМ-АОМ-ВРМ²]_n или [ВРМ¹-АОМ-КОМ-ВРМ²]_n, где n означает количество повторяющихся единиц. Например, если мембранная ячейка содержит одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, анод и катод, то обычно аппарат с биполярными мембранами характеризуется следующей конфигурацией: Анод-{[БПМ-КОМ-АОМ]_n}-Катод или Анод-{[БПМ-АОМ-КОМ]_n}-Катод. Неограничивающие примеры этого можно увидеть на Фигурах 1a, 1b, 2а и 2b. Например, аппарат с биполярными мембранами может содержать следующую конфигурацию повторяющихся мембранных единиц: [БПМ-КОМ-АОМ]_n, где n может быть любым целым числом. Например, n может представлять собой 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 170, 190, 210, 230, 250, 270, 290, или 300. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления n означает 7. В других предпочтительных вариантах осуществления n представляет собой целое число от приблизительно 1 до приблизительно 300 или от приблизительно 1 до приблизительно 200.

[0044] Как правило, наряду с мембранной ячейкой, анодом и катодом, трехкамерный аппарат с биполярными мембранами в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя одну или несколько конечных или концевых мембран, расположенных между одной или несколькими повторяющимися мембранными единицами и анодом, и/или между одной или несколькими повторяющимися мембранными единицами и катодом. Конечная или концевая мембрана(ы) может представлять собой АОМ, КОМ или БПМ.

[0045] В некоторых вариантах осуществления трехкамерный аппарат с биполярными мембранами включает мембранную ячейку, содержащую одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, анод и катод и, обычно характеризуется следующей конфигурацией: Анод-{КОМ[БПМ-АОМ-КОМ]_nСЕМ}-Катод, где количество повторяющихся мембранных единиц "n" может быть любым целым числом, как описано выше. В дополнительных вариантах осуществления аппарат с биполярными мембранами включает в себя мембранную ячейку, содержащую одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, анод и катод, и имеет следующую конфигурацию: Анод-{АОМ[АОМ-КОМ-БПМ]_nАЕМ}-Катод. Например, n может быть любым целым числом от 1 до 100, таким как 2, 5, 7, 10, 12, 15 или 20.

[0046] В других вариантах осуществления трехкамерная мембранная ячейка, содержащая одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, начинается с биполярной мембраны и заканчивается биполярной мембраной. Например, мембранная ячейка может содержать одну или несколько повторяющихся [БПМ-КОМ-АОМ] мембранных единиц и иметь следующую конфигурацию: Анод-{[ВРМ¹-КОМ-АОМ]_nВРМ²}-Катод, где n может быть любым целым числом от 1 до 200. Например, мембранная ячейка может иметь конфигурацию: ВРМ¹-КОМ-АОМ-ВРМ², как показано на Фигурах 1а и 1b. В другом варианте осуществления мембранная ячейка может содержать одну или несколько повторяющихся мембранных единиц [БПМ-АОМ-КОМ] и иметь следующую конфигурацию: Анод-{[ВРМ¹-АОМ-КОМ]_nВРМ²}-Катод, где n может быть любым целым числом от 1 до 200.

[0047] В качестве альтернативы, трехкамерная мембранная ячейка, содержащая одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, может начинаться с катионообменной мембраны и заканчиваться катионообменной мембраной. Например, Анод-{КОМ[БПМ-АОМ-КОМ]_n}-Катод или Анод-{[КОМ-БПМ-АОМ]_nСЕМ}-Катод. В другом варианте осуществления, мембранная ячейка, содержащая одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, может начинаться с анионообменной мембраны и заканчиваться анионообменной мембраной. Например, Анод-{[АОМ-КОМ-БПМ]_nАЕМ}-Катод или Анод-{АОМ[БПМ-КОМ-АОМ]_n}-Катод.

[0048] При использовании одной из вышеупомянутых конфигураций трехкамерная мембранная ячейка образует одну или несколько отдельных камер для кислоты, соли (исходной) и основания. Например, в варианте осуществления, показанном на Фигуре 1а, камера для кислоты ограничена первой биполярной мембраной и анионообменной мембраной, камера для основания ограничена второй биполярной мембраной и катионообменной мембраной, а камера для соли ограничена анионообменной мембраной камеры для кислоты и катионообменной мембраной камеры для основания. Варианты осуществления, в которых мембранная ячейка содержит одну или несколько повторяющихся мембранных единиц и сконфигурирована так, что одна или несколько повторяющихся мембранных единиц оканчиваются на каждом конце биполярной мембраной, что позволяет расщеплению воды происходить в месте, непосредственно примыкающем к каждой камере для кислоты и для основания. Варианты осуществления, в которых мембранная ячейка содержит одну или несколько повторяющихся мембранных единиц и сконфигурирована так, что одна или несколько повторяющихся мембранных единиц оканчиваются на каждом конце катионообменной мембраной, что позволяет вводить основный раствор рядом с катодом и анодом. Варианты осуществления, в которых мембранная ячейка содержит одну или несколько повторяющихся мембранных единиц и сконфигурирована так, что одна или несколько повторяющихся мембранных единиц оканчиваются на каждом конце анионообменной мембраной, что позволяет вводить кислотный раствор рядом с катодом и анодом.

[0049] На Фигуре 2а представлена трехкамерная ячейка с биполярными мембранами для электродиализа - Анод{[БПМ-АОМ-КОМ]_n}Катод - где повторяющиеся мембранные единицы имеют конфигурацию [БПМ-АОМ-КОМ]. На Фигуре 2b показана альтернативная трехкамерная ячейка с биполярными мембранами для электродиализа - Анод{[БПМ-АОМ-КОМ]_nВРМ}Катод - где повторяющиеся мембранные единицы имеют конфигурацию [БПМ-АОМ-КОМ] и мембранная ячейка, содержащая одну или несколько повторяющихся мембранных единиц оканчивается на каждом конце биполярной мембраной.

[0050] На Фигуре 2с показана еще одна альтернативная трехкамерная ячейка с биполярными мембранами для электродиализа - Анод{КОМ[БПМ-АОМ-КОМ]_nСЕМ}Катод - где повторяющиеся мембранные единицы имеют конфигурацию [БПМ-АОМ-КОМ], и мембранная ячейка, содержащая одну или несколько повторяющихся мембранных единиц, оканчивается на каждом конце катионообменной мембраной. Хотя конечные или концевые мембраны показаны на Фигуре 2с как катионообменные мембраны, они также могут быть анионообменными мембранами и/или биполярными мембранами.

[0051] В способе биполярного мембранного электродиализа в соответствии с настоящим изобретением трехкамерная ячейка с биполярными мембранами, которая содержит одну или несколько повторяющихся мембранных единиц расположена между катодом на одном конце и анодом на другом конце. Между катодом и анодом прикладывается электрический потенциал, тем самым вызывая поток протонов в камеру для кислоты к катоду и образование анионов аминокислоты из соли аминокислоты в камере для соли, где анионы аминокислоты проходят через анионообменную мембрану в камеру для кислоты. Электрический потенциал также индуцирует поток гидроксид-ионов к аноду и образование катионов аминокислот из соли аминокислоты в камере для соли, при этом катионы аминокислот проходят через катионообменную мембрану и в камеру для основания. Анионы из соли аминокислоты и протоны объединяются в камере для кислоты с образованием аминокислоты. Катионы соли аминокислоты и гидроксид-ионы объединяются в камере для основания, образуя основание. На Фигуре 1а показан пример конфигурации мембранной ячейки, содержащей одну мембранную единицу ВРМ¹-АОМ-КОМ-ВРМ² и поток соответствующих ионов при воздействии электрического потенциала между катодом и анодом. На Фигуре 1b показан поток ионов для мембранной единицы ВРМ¹-АОМ-КОМ-ВРМ², в которой исходный продукт содержит DSIDA, а экзогенная кислота содержит HCl.

Аминокислота

[0052] Хотя в настоящей заявке делается ссылка на аминокислоту, такую как иминодиуксусная кислота (IDA), а соль аминокислоты - это динатриевая соль иминодиуксусной кислоты (DSIDA), понятно, что описанные в настоящей заявке устройства и способы применимы к множеству других аминокислот и их солей.

[0053] Аминокислота IDA является важным компонентом в производстве глифосата (т.е. N-(фосфонометил)глицина). Однако традиционные способы производства IDA обычно приводят к образованию хлорида натрия в качестве побочного продукта. Дальнейшая переработка этого побочного продукта для надлежащей утилизации требует значительных затрат и усилий. Следовательно, желательно получать IDA посредством способа, который не приводит к образованию побочного солевого продукта в виде хлорида натрия.

[0054] В различных вариантах осуществления изобретения аминокислота имеет следующую структуру:

где R₁ выбран из группы, включающей в себя СН₂С(O)ОН, СН₂Р(O)(ОН)₂ и водород; R₂ выбран из группы, включающей в себя СН₂С(O)ОН, СН₂Р(O)(ОН)₂, и водород; a R₃ выбран из группы, включающей в себя СН₂С(O)ОН, СН₂Р(O)(ОН)₂ и водород. В предпочтительном варианте осуществления R₁, R₂ и R₃ независимо друг от друга выбраны из группы, включающей в себя СН₂С(O)ОН, СН₂Р(O)(ОН)₂ и водород.

[0055] В дополнительных вариантах осуществления аминокислота выбрана из группы, включающей в себя иминодиуксусную кислоту (включая динатриевую соль иминодиуксусной кислоты и мононатриевую соль иминодиуксусной кислоты), N-(фосфонометил)иминодиуксусную кислоту, глицин и N-(фосфонометил)глицин. Как описано в другом месте настоящей заявки для получения IDA из DSIDA может быть использован способ, объединяющий применение двухкамерного и трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. В таком способе двухкамерный аппарат с биполярными мембранами превращает DSIDA в MSIDA, где MSIDA представляет собой аминокислотную соль, подаваемую в трехкамерный аппарат с биполярными мембранами.

[0056] В дополнительных вариантах осуществления аминокислота выбран из группы, включающей в себя аланин, серии, треонин, цистеин, валин, лейцин, изолейцин, метионин, пролин, фенилаланин, тирозин, триптофан, аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, аспарагин, глутамин, гистидин, лизин и аргинин, и их соли. Подходящие катионы солей могут быть выбраны, например, из группы, состоящей из калия, лития, аммония, кальция и магния.

[0057] В некоторых предпочтительных вариантах осуществления аминокислота представляет собой иминодиуксусную кислоту.

Добавление экзогенной кислоты в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с биполярными мембранами

[0058] Одним из аспектов настоящего изобретения является введение водного электролита, содержащего экзогенную кислоту (т.е., «первую кислоту»), в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с биполярными мембранами, описанного выше. Это показано, например, на Фигурах 1а и 1b. В уровне техники сообщалось, что попытки получения слабой кислоты с использованием способа трехкамерного БМЭ приводят к относительно низкому выходу по току из-за слабой константы диссоциации в камере для кислоты и соответствующей плохой ионной проводимости.

[0059] Было обнаружено, что добавление водного электролита, содержащего экзогенную кислоту в камеру для кислоты, как показано, например, на Фигурах 1а и 1b, приводит к значительному увеличению растворимости аминокислоты, и, следовательно, проводимости содержимого камеры для кислоты. Кислотно-основное поведение аминокислоты (например, IDA) позволяет увеличивать проводимость содержимого камеры для кислоты при добавлении экзогенной кислоты и приводит к тому, что остаток кислоты (например, IDA) сохраняется в солюбилизированном виде. Следовательно, большее количество анионов соли (например, DSIDA) проходит через анионообменную мембрану в камеру для кислоты, чтобы объединиться с протонами от расщепления воды и образовать желаемую кислоту (например, IDA).

[0060] Предпочтительно, чтобы экзогенная кислота имела pKa ниже, чем pKa соли аминокислоты, введенной в камеру для соли. Например, pKa экзогенной кислоты составляет по меньшей мере приблизительно на 0,5, по меньшей мере приблизительно на 1, по меньшей мере приблизительно на 2, по меньшей мере приблизительно на 3, или по меньшей мере приблизительно на 4 единицы pKa ниже, чем pKa соли аминокислоты, введенной в камеру для соли. В некоторых вариантах осуществления соль аминокислоты имеет pKa более чем приблизительно 2,0, более чем приблизительно 3,0, или более чем приблизительно 4,0, а экзогенная кислота имеет pKa меньше, чем pKa соли аминокислоты.

[0061] В других вариантах осуществления предпочтительно, чтобы экзогенная кислота имела pKa ниже, чем pKa аминокислоты, полученной в соответствии со способом. Например, pKa экзогенной кислоты по меньшей мере приблизительно на 0,5, по меньшей мере приблизительно на 1, по меньшей мере приблизительно на 2 или по меньшей мере приблизительно на 3 единицы pKa ниже, чем pKa аминокислоты. В некоторых вариантах осуществления, аминокислота имеет pKa более чем приблизительно 1,5, более чем приблизительно 2.0, более чем приблизительно 2,5, или более чем приблизительно 3,0, а экзогенная кислота имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты, полученной в соответствии со способом.

[0062] В некоторых вариантах осуществления часть основной группы (-NH₂) аминокислоты IDA может забирать протон из водного электролита, содержащего экзогенную кислоту (например, HCl) и образовывать соль [IDAH₃]⁺ Cl^- в камере для кислоты. В зависимости от рН камеры для кислоты, IDA, [IDAH₃]⁺ Cl^-, или их смесь могут быть извлечены в поток продукта из камеры для кислоты. Предпочтительно рН является ниже 2. Более предпочтительно рН ниже 1. Как понимает специалист в данной области техники, рН зависит от целевой концентрации IDA, повышенная концентрация IDA обычно приводит к более низкому рН. В результате присутствия [IDAH₃]⁺ Cl^- в камере для кислоты, ионная проводимость внутри камеры увеличивается. Кроме того, наблюдается повышение выхода по току по сравнению со способом, в котором экзогенная кислота не вводится в камеру для кислоты. Любая соль [IDAH₃]⁺ Cl^-, полученная в камере для кислоты путем добавления экзогенной HCl может быть отправлена в реактор фосфонометилирования («РМ») и сконцентрирована выпариванием (как показано на Фигуре 3), что устраняет необходимость кристаллизации и повторное суспендирование. В реакторе фосфонометилирования HCl выделяется из соли [IDAH₃]⁺ Cl^-, когда глифосат образуется и выпадает в осадок из раствора. Затем эта HCl может быть отправлена обратно в камеру для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, чтобы снизить общую стоимость и количество кислоты, добавляемой в камеру для кислоты водным электролитом. На Фигуре 3 показан пример блок-схемы этого способа трехкамерного БМЭ в контексте получения N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты (PMIDA), который может быть задействован в операции по производству глифосата. Компонент «БМЭ» блок-схемы может представлять собой трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами или двухкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, за которым следует трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами.

[0063] В некоторых вариантах осуществления водный электролит, введенный в камеру для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, содержит кислоту, выбранную из группы, состоящей из HCl, H₂SO₄, HNO₃, Н₃РО₄ HI и их комбинации. В предпочтительном варианте осуществления водный электролит содержит хлористоводородную кислоту.

[0064] В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение соли аминокислоты, введенной в камеру для соли, к кислоте водного электролита, введенного в камеру для кислоты, составляет по меньшей мере приблизительно 1:0,5, по меньшей мере приблизительно 1:0,75, по меньшей мере приблизительно 1:1, по меньшей мере приблизительно 1:1.1, по меньшей мере приблизительно 1:1,2, по меньшей мере приблизительно 1:1,3, по меньшей мере приблизительно 1:1,4, по меньшей мере приблизительно 1:1,5, по меньшей мере приблизительно 1:2, по меньшей мере приблизительно 1:4, по меньшей мере приблизительно 1:6, по меньшей мере приблизительно 1:8, по меньшей мере приблизительно 1:10, по меньшей мере приблизительно 1:15, или по меньшей мере приблизительно 1:20. Например, в некоторых вариантах осуществления молярное соотношение соли аминокислоты, введенной в камеру для соли к кислоте водного электролита, введенного в камеру для кислоты составляет от приблизительно 1:0,75 до приблизительно 1:20, от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:10, от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:6, от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:4, от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:2, от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:1,5, от приблизительно 1:1.1 до приблизительно 1:1,4, или от приблизительно 1:1,1 до приблизительно 1:1,3.

[0065] В некоторых вариантах осуществления температура водного электролита, содержащего кислоту, введенную в камеру для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, составляет от приблизительно 10°С до приблизительно 45°С, от приблизительно 15°С до приблизительно 40°С, от приблизительно 15°С до приблизительно 35°С, или от приблизительно 20°С до приблизительно 30°С при введении в камеру для кислоты. Например, температура водного электролита, содержащего кислоту, введенную в камеру для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, может составлять приблизительно 15°С, приблизительно 20°С, приблизительно 22°С, приблизительно 24°С, или приблизительно 25°С при введении в камеру для кислоты.

Трехкамерный аппарат с биполярными мембранами

Камера для кислоты

[0066] Как изложено выше, водный электролит, содержащий экзогенную кислоту, вводят в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. Добавление этого водного электролита приводит к увеличению ионной проводимости содержимого камеры для кислоты. Следовательно, большее количество анионов соли аминокислоты проходит через анионообменную мембрану и в камеру для кислоты. Анионы из соли аминокислоты и протоны из процесса расщепления воды биполярной мембраны объединяются в камере для кислоты с образованием аминокислоты. На Фигурах 1a, 1b, 2а, и 2b показаны различные конфигурации для введения экзогенной кислоты в камеру для кислоты. На Фигурах 1а и 1b дополнительно показаны примеры потока ионов во время процесса.

[0067] Содержимое камеры для кислоты может включать в себя водный электролит, анионы соли аминокислоты, ионы из процесса расщепления воды биполярной мембраны, воду или любую их комбинацию.

[0068] В некоторых вариантах осуществления водный электролит вводят в камеру для кислоты постепенно, так что рН внутри камеры для кислоты не изменяется более чем приблизительно на 1 единицу рН в минуту, более чем приблизительно на 2 единицы рН в минуту, или более чем или приблизительно на 3 рН единицы в минуту.

[0069] В другом варианте осуществления рН содержимого камеры для кислоты составляет менее приблизительно 3.0, менее приблизительно 2,5, менее приблизительно 2.0, менее приблизительно 1,5, менее приблизительно 1.0, менее приблизительно 0,9, менее приблизительно 0,8, или менее приблизительно 0.7.

[0070] В еще одном варианте осуществления проводимость содержимого камеры для кислоты составляет по меньшей мере приблизительно 20 мС/см, по меньшей мере приблизительно 30 мС/см, по меньшей мере приблизительно 40 мС/см, или по меньшей мере приблизительно 50 мС/см. Например, в некоторых вариантах осуществления, проводимость содержимого в камере для кислоты составляет от приблизительно 20 мС/см до приблизительно 300 мС/см, от приблизительно 20 мС/см до приблизительно 200 мС/см, от приблизительно 20 мС/см до приблизительно 100 мС/см, или от приблизительно 20 мС/см до приблизительно 50 мС/см.

[0071] В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя извлечение потока кислотного продукта, содержащего аминокислоту из камеры для кислоты. Например, в некоторых вариантах осуществления, аминокислота составляет по меньшей мере приблизительно 2 мас. %, по меньшей мере приблизительно 4 мас. %, по меньшей мере приблизительно 6 мас. %, по меньшей мере приблизительно 8 мас. %, по меньшей мере приблизительно 10 мас. %, по меньшей мере приблизительно 12 мас. %, по меньшей мере приблизительно 14 мас. %, по меньшей мере приблизительно 16 мас. %, по меньшей мере приблизительно 18 мас. %, или по меньшей мере приблизительно 20 мас. % потока кислотного продукта. В другом варианте осуществления аминокислота составляет от приблизительно 2 до приблизительно 20 мас. %, от приблизительно 4 мас. % до приблизительно 18 мас. %, от приблизительно 6 мас. % до приблизительно 16 мас. %, от приблизительно 6 мас. % до приблизительно 14 мас. %, от приблизительно 8 мас. % до приблизительно 14 мас. %, или от приблизительно 8 мас. % до приблизительно 12 мас. % потока кислотного продукта. В некоторых вариантах осуществления поток кислотного продукта дополнительно содержит соль аминокислоты.

[0072] В некоторых вариантах осуществления содержание аминокислот в потоке кислотного продукта представляет собой выход, основанный на соли аминокислоты, введенной в камеру для соли (например, Например, выход может составлять по меньшей мере приблизительно 60%, по меньшей мере приблизительно 70%, по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 91%, по меньшей мере приблизительно 92%, по меньшей мере приблизительно 93%, по меньшей мере приблизительно 94%, по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97%, по меньшей мере приблизительно 98%, или по меньшей мере приблизительно 99%. Например, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере приблизительно 80% соли аминокислоты, введенной в камеру для соли, превращается в аминокислоту, восстановленную в потоке аминокислотного продукта. В предпочтительном варианте осуществления целевой выход аминокислоты составляет по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 85%, по меньшей мере приблизительно 90%, или по меньшей мере приблизительно 95%.

[0073] Хотя рН, проводимость, содержание аминокислот в потоке продукта и выход аминокислот обсуждаются применительно к трехкамерному аппарату для электродиализа с биполярными мембранами, понятно, что эти значения соответствуют либо способу для трехкамерного биполярного мембранного электродиализа, либо способу, включающему в себя двухкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, за которым следует трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, как более подробно обсуждается ниже.

Камера для соли

[0074] Поток исходной соли, содержащей соль аминокислоты, вводят в камеру для соли трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. Электрический потенциал процесса электродиализа вызывает образование анионов аминокислот из соли аминокислоты в камере для соли и перенос анионов аминокислот через анионообменную мембрану и в камеру для кислоты. Аналогичным образом, электрический потенциал вызывает образование катионов аминокислот из соли аминокислоты в камере для соли и перенос катионов аминокислот через катионообменную мембрану и в камеру для основания. Пример такого переноса катионов и анионов из входящего солевого потока, содержащего соль аминокислоты, можно увидеть на Фигурах 1а и 1b. В предпочтительном варианте осуществления поток, выходящий из камеры для соли, по существу, обеднен содержанием соли аминокислоты.

[0075] В некоторых вариантах осуществления концентрация соли аминокислоты в потоке исходной соли может составлять по меньшей мере приблизительно 5 мас. %, по меньшей мере приблизительно 10 мас. %, по меньшей мере приблизительно 20 мас. %, по меньшей мере приблизительно 30 мас. % или по меньшей мере приблизительно 40 мас. %. Например, концентрация соли аминокислоты в потоке исходной соли может составлять от приблизительно 5 мас. % до приблизительно 60 мас. %, от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 15 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 20 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 25 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 30 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 35 мас. % до приблизительно 50 мас. %, от приблизительно 40 мас. % до приблизительно 50 мас. %, или от приблизительно 40 мас. % до приблизительно 45 мас. %.

[0076] Содержимое камеры для соли после введения потока исходной соли, в дополнение к соли аминокислоты, может включать анионы аминокислот, катионы аминокислот, ионы из операции расщепления воды биполярной мембраны, воду или любую их комбинацию.

[0077] В некоторых вариантах осуществления концентрация соли аминокислоты в камере для соли может составлять по меньшей мере приблизительно 1 мас. %, по меньшей мере приблизительно 5 мас. %, по меньшей мере приблизительно 10 мас. %, по меньшей мере приблизительно 15 мас. %, по меньшей мере приблизительно 20 мас. %, по меньшей мере приблизительно 25 мас. %, по меньшей мере приблизительно 30 мас. %, по меньшей мере приблизительно 35 мас. %, по меньшей мере приблизительно 40 мас. %, или по меньшей мере приблизительно 45 мас. %. Например, концентрация соли аминокислоты в камере для соли может составлять от приблизительно 5 мас. % до приблизительно 45 мас. %, от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 35 мас. %, от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 30 мас. %, от приблизительно 15 мас. % до приблизительно 30 мас. % или от приблизительно 20 мас. % до приблизительно 30 мас. %.

[0078] В некоторых вариантах осуществления проводимость потока соли, введенного в камеру для соли, составляет по меньшей мере приблизительно 10 мС/см, по меньшей мере приблизительно 20 мС/см, по меньшей мере приблизительно 25 мС/см, по меньшей мере приблизительно 50 мС/см, по меньшей мере приблизительно 100 мС/см, по меньшей мере приблизительно 150 мС/см, по меньшей мере приблизительно 200 мС/см, или по меньшей мере приблизительно 250 мС/см. В другом варианте осуществления проводимость потока соли, введенного в камеру для соли, составляет между приблизительно 10 и приблизительно 250 мС/см, между приблизительно 20 и приблизительно 200 мС/см, между 25 и приблизительно 200 мС/см, между приблизительно 50 и приблизительно 200 мС/см, между приблизительно 100 и приблизительно 200 мС/см, или между приблизительно 150 и приблизительно 200 мС/см.

[0079] В другом варианте осуществления проводимость содержимого камеры для соли составляет менее приблизительно 200 мС/см, менее приблизительно 100 мС/см, менее приблизительно 75 мС/см, или менее приблизительно 50 мС/см. Например, в некоторых вариантах осуществления проводимость содержимого камеры для соли составляет от приблизительно 200 мС/см до приблизительно 0 мС/см, от приблизительно 100 мС до приблизительно 0 мС/см, от приблизительно 75 до приблизительно 0 мС/см, или от приблизительно 50 мС/см до приблизительно 0 мС/см.

[0080] В другом варианте осуществления способ дополнительно включает в себя извлечение обедненного солевого потока из камеры для соли. В некоторых вариантах осуществления обедненный поток соли содержит менее приблизительно 5 мас. %, менее приблизительно 4 мас. %, менее приблизительно 3 мас. %, менее приблизительно 2 мас. %, менее приблизительно 1 мас. % или менее приблизительно 0,5 мас. % соли аминокислоты.

[0081] В некоторых вариантах осуществления рН камеры для соли составляет по меньшей мере приблизительно 8, по меньшей мере приблизительно 9, по меньшей мере приблизительно 9.5, по меньшей мере приблизительно 10, по меньшей мере приблизительно 10,5, по меньшей мере приблизительно 11, по меньшей мере приблизительно 11,5, или по меньшей мере приблизительно 12.

[0082] Хотя концентрация в камере для соли, проводимость, рН и обедненный поток соли обсуждаются в отношении трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, следует понимать, что эти значения соответствуют либо способу трехкамерного биполярного мембранного электродиализа, либо способу, включающему в себя двухкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, за которым следует трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, как более подробно обсуждается ниже.

Камера для основания

[0083] Как изложено выше, электрический потенциал процесса электродиализа индуцирует поток гидроксид-ионов к аноду и образование катионов аминокислот из соли аминокислоты в камере для соли, при этом катионы аминокислот проходят через катионообменную мембрану и в камеру для основания трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. Катионы из соли аминокислоты и гидроксид-ионы объединяются в камере для основания с образованием основания. Это можно увидеть, например, на Фигурах 1а и 1b.

[0084] Содержимое камеры для основания может включать катионы соли аминокислоты, ионы, полученные в результате операции расщепления воды биполярной мембраны, воду или любую их комбинацию.

[0085] В некоторых вариантах осуществления проводимость содержимого камеры для основания составляет по меньшей мере приблизительно 10 мС/см, по меньшей мере приблизительно 20 мС/см, по меньшей мере приблизительно 50 мС/см, по меньшей мере приблизительно 100 мС/см, по меньшей мере приблизительно 150 мС/см, или по меньшей мере приблизительно 200 мС/см. Например, в некоторых вариантах осуществления, проводимость содержимого камеры для основания составляет от приблизительно 10 мС/см до приблизительно 500 мС/см, от приблизительно 10 мС до приблизительно 250 мС/см, от приблизительно 50 до приблизительно 250 мС/см, от приблизительно 100 до приблизительно 250 мС/см, от приблизительно 150 до приблизительно 250 мС/см или от приблизительно 200 мС/см до приблизительно 250 мС/см.

[0086] В еще одном варианте осуществления способ, кроме того, включает в себя извлечение потока продукта основания из камеры для основания. В некоторых вариантах осуществления содержание основания потока продукта основания представляет собой выход на основе катиона соли аминокислоты (например, (моль NaOH, восстановленной из камеры для основания)/(моль Na⁺ в подаче DSIDA) × 100) по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 91%, по меньшей мере приблизительно 92%, по меньшей мере приблизительно 93%, по меньшей мере приблизительно 94%, по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97%, по меньшей мере приблизительно 98% или по меньшей мере приблизительно 99%.

[0087] Хотя проводимость в камере для основания, поток продукта основания и выход обсуждаются в отношении трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, следует понимать, что эти значения соответствуют либо способу трехкамерного биполярного мембранного электродиализа, либо способу, включающему в себя двухкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, за которым следует трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами, как более подробно обсуждается ниже.

Мембраны

[0088] Подходящие катионообменные мембраны коммерчески доступны от таких производителей, как Suez Water Technologies, Astom (например, NEOSEPTA), Fumatech, Allied Corporation, Tokuyama Soda и WSI Technologies.

[0089] Подходящие анионообменные мембраны коммерчески доступны от таких производителей, как Suez Water Technologies, Astom (например, NEOSEPTA), Fumatech, Allied Corporation, Tokuyama Soda и WSI Technologies.

[0090] Подходящие биполярные мембраны коммерчески доступны от таких производителей, как Suez Water Technologies, Astom (например, NEOSEPTA), Fumatech, Allied Corporation, Tokuyama Soda и WSI Technologies.

Потребление электроэнергии и эффективность

[0091] В некоторых вариантах осуществления приложение электрического потенциала между катодом и анодом трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа или двухкамерной биполярной мембраны для электродиализа и трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа включает в себя приложение по меньшей мере приблизительно 1 А (ампер), по меньшей мере приблизительно 5 А, по меньшей мере приблизительно 8 А, по меньшей мере приблизительно 10 А, или по меньшей мере приблизительно 13 А.

[0092] В другом варианте осуществления приложение электрического потенциала между катодом и анодом трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа или двухкамерной биполярной мембраны для электродиализа и трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа включает в себя приложение по меньшей мере приблизительно 5 В (вольт), по меньшей мере приблизительно 8 В, по меньшей мере приблизительно 13 В, по меньшей мере приблизительно 15 В, по меньшей мере приблизительно 20 В, по меньшей мере приблизительно 25 В или по меньшей мере приблизительно 23 В.

[0093] В некоторых вариантах осуществления выход по току основан на переносе катиона соли аминокислоты в камеру для основания трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа или переносе катиона соли аминокислоты в камеру для основания, как двухкамерной биполярной мембраны для электродиализа, так и трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа. Выход по току можно рассчитать по следующей формуле: где моль предоставленных электронов определяется по формуле: (общее количество повторяющихся мембранных единиц) × I означает силу тока, выраженную в амперах или кулонах, F означает постоянную Фарадея (96,485 С моль^-1), a t представляет собой время.

[0094] Например, выход по току составляет по меньшей мере приблизительно 85%, по меньшей мере приблизительно 87%, по меньшей мере приблизительно 89%, по меньшей мере приблизительно 91%, по меньшей мере приблизительно 93%, по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97%, по меньшей мере приблизительно 98%, или по меньшей мере приблизительно 99%. Например, в некоторых вариантах осуществления выход по току, в пересчете на перенос катиона соли аминокислоты в камеру для основания составляет от приблизительно 85% до приблизительно 99%, от приблизительно 89% до приблизительно 99% или от приблизительно 95% до приблизительно 99%.

[0095] В другом варианте осуществления выход по току, в пересчете на перенос аниона соли аминокислоты в камеру для кислоты трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа составляет по меньшей мере приблизительно 75%, по меньшей мере приблизительно 76%, по меньшей мере приблизительно 77%, по меньшей мере приблизительно 78%, по меньшей мере приблизительно 79%, по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 82%, по меньшей мере приблизительно 84%, по меньшей мере приблизительно 86%, по меньшей мере приблизительно 88%, по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 95%, или по меньшей мере приблизительно 99%. Например, в некоторых вариантах осуществления выход по току, в пересчете на перенос аниона соли аминокислоты в камеру для кислоты составляет от приблизительно 75% до приблизительно 99%, от приблизительно 80% до приблизительно 99%, или от приблизительно 90% до приблизительно 99%.

[0096] В некоторых вариантах осуществления потребление электроэнергии составляет менее приблизительно 5 кВт/ч, менее приблизительно 4 кВт/ч, менее приблизительно 3 кВт/ч, менее приблизительно 2 кВт/ч, менее приблизительно 1 кВт/ч, менее приблизительно 0.75 кВт/ч, менее приблизительно 0.7 кВт/ч, менее приблизительно 0.65 кВт/ч, или менее приблизительно 0,6 кВт/ч. Например, в некоторых вариантах осуществления потребление электроэнергии составляет 0,38 кВт/ч. В некоторых вариантах осуществления потребление электроэнергии составляет 0,66 кВт/ч. В некоторых вариантах осуществления потребление электроэнергии составляет 0,70 кВт/ч.

[0097] В некоторых вариантах осуществления конкретное потребление электроэнергии составляет менее приблизительно 5 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 4 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 3 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 2 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 1 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 0,75 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 0,7 кВт-ч/экв. моль, менее приблизительно 0,65 кВт-ч/экв. моль, или менее приблизительно 0,6 кВт-ч/экв. моль катиона соли аминокислоты. Например, в некоторых вариантах осуществления конкретное потребление электроэнергии составляет 0,084 кВт-ч/экв. моль катиона соли аминокислоты. В некоторых вариантах осуществления, конкретное потребление электроэнергии составляет 0.090 кВт-ч/экв. моль катиона соли аминокислоты. В некоторых вариантах осуществления, конкретное потребление электроэнергии составляет 0.70 кВт-ч/экв. моль катиона соли аминокислоты.

[0098] В некоторых вариантах осуществления соль аминокислоты составляет от приблизительно 10 мас. % до приблизительно 20 мас. % потока соли трехкамерной биполярной мембраны для электродиализа или двухкамерной биполярной мембраны для электродиализа и общее потребление электроэнергии, необходимое для достижения целевого выхода аминокислот составляет менее приблизительно 5 кВт/ч, менее приблизительно 4 кВт/ч, или менее приблизительно 3 кВт/ч.

Производство PMIDA и глифосата

[0099] Аминокислотный продукт из способов трехкамерного аппарата БМЭ в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в способах получения N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты или ее соли (т.е. PMIDA). PMIDA впоследствии может быть преобразована в N-(фосфонометил)глицин или его соль (т.е. глифосат). На Фигуре 3 показан пример такого способа, в котором «РМ» содержит PMIDA, a «GI лепешка» содержит глифосат.

Конфигурация двухкамерного и трехкамерного аппарата с биполярными мембранами

[0100] Настоящее изобретение также относится к способу получения аминокислоты, в котором поток соли, содержащий соль аминокислоты вводят в двухкамерную биполярную мембранную ячейку для электродиализа, содержащую камеру для соли и камеру для основания, а продукт из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами вводят в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания. Как правило, трехкамерная ячейка для электродиализа с биполярными мембранами, согласно этому способу, работает так же, как описано выше в отношении трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. Тем не менее, применение двухкамерной биполярной мембранной ячейки перед трехкамерной мембранной ячейкой может обеспечить различные технологические преимущества, как подробно описано ниже.

[0101] Двухкамерная ячейка для электродиализа с биполярными мембранами, как правило, содержит биполярную мембрану (БПМ) и катионообменную мембрану (КОМ). Например, обычно несколько повторяющихся единиц БПМ-КОМ-БПМ помещают между двумя электродами, тем самым образуя двухкамерную ячейку БМЭ, содержащую несколько камер для основания и для соли. В одном варианте осуществления двухкамерная ячейка БМЭ может содержать одну или несколько повторяющихся единиц [БПМ-КОМ-БПМ]_n, где n может быть любым целым числом от 1 до 200. Например, n может быть любым целым числом от 1 до 100, таким как 2, 5, 7, 10, 12, 15 или 20.

[0102] Пригодная биполярная мембрана(ы) и катионообменная мембрана(ы) двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами могут быть выбраны как обсуждалось выше в отношении трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами.

[0103] Хотя в настоящей заявке делается ссылка на аминокислоту, такую как иминодиуксусная кислота (IDA), и соли аминокислоты, такие как динатриевая соль иминодиуксусной кислоты (DSIDA) и мононатриевая соль иминодиуксусной кислоты (MSIDA), понятно, что описанные здесь аппараты и способы применимы к множеству других аминокислот и их солей.

[0104] В одном варианте осуществления поток исходной соли, содержащий DSIDA, вводят в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания. Полученный поток продукта камеры для соли содержит MSIDA, а полученный поток продукта камеры для основания содержит NaOH. NaOH может быть извлечен для использования в других способах (например, образования DSIDA). Продукт MSIDA из двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами затем вводят в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в качестве «потока исходной соли» трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами. Затем способ получения аминокислоты с использованием трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами осуществляют так же, как описано выше в отношении трехкамерного аппарата с биполярными мембранами. В некоторых вариантах осуществления продукт MSIDA двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами дополнительно содержит IDA. Эта конфигурация показана на Фигуре 4.

[0105] Применение двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами перед трехкамерной ячейкой для электродиализа с биполярными мембранами позволяет снизить энергопотребление для трехкамерного электродиализа и снизить капитальные затраты (включая затраты на замену) по сравнению с анионообменной мембраной.

[0106] Кроме того, было обнаружено, что использование экзогенной кислоты (например, HCl) в камере для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа, как описано выше, может привести к присутствию низких уровней анионов экзогенной кислоты (например, Cl^-) в камере для основания продукта трехкамерной ячейки для электродиализа. По мере использования большего количества экзогенной кислоты уровни загрязнения анионами экзогенной кислоты продукта камеры для основания могут увеличиваться. Если сначала подвергнуть соль аминокислоты (например, DSIDA) двухкамерному электродиализу, то можно получить часть основного продукта до введения экзогенной кислоты и без загрязнения анионами экзогенной кислоты. В варианте осуществления, показанном на Фигуре 4, NaOH, полученный в двухкамерной ячейке для электродиализа, может быть удален из системы в качестве продукта камеры для основания. В некоторых вариантах осуществления до 50% всего основного продукта может быть получено в двухкамерной ячейке для электродиализа, в результате чего только 50% основного продукта потенциально может быть подвержено загрязнению анионами экзогенной кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа. Это обеспечивает дополнительное преимущество, когда биполярную обменную мембранную систему используют в контексте производства глифосата, как показано на Фигуре 3. NaOH может быть рециркулирован из биполярной обменной мембранной системы в качестве исходного потока при образовании DSIDA. При использовании двухкамерной ячейки для электродиализа перед трехкамерной ячейкой для электродиализа, часть NaOH, извлеченного из двухкамерной ячейки для электродиализа не нуждается в дальнейшей обработке перед рециркуляцией в процесс образования DSIDA.

[0107] Кроме того, использование двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами перед трехкамерной ячейкой для электродиализа с биполярными мембранами обеспечивает более узкие изменения рН в компоненте анионообменной мембраны трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами. Например, без использования двухкамерного электродиализа рН камеры для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами в некоторых вариантах осуществления составляет по меньшей мере приблизительно 8, по меньшей мере приблизительно 9, по меньшей мере приблизительно 9.5, по меньшей мере приблизительно 10, по меньшей мере приблизительно 10,5, по меньшей мере приблизительно 11, по меньшей мере приблизительно 11,5, или по меньшей мере приблизительно 12. Тем не менее первоначальное воздействие на соль аминокислоты двухкамерного электродиализа может привести к значению рН приблизительно 6 в камере для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами. Например, значению рН по меньшей мере приблизительно 6, по меньшей мере приблизительно 7, или от приблизительно 6 до приблизительно 8, или от приблизительно 7 до приблизительно 8. Это снижение рН камеры для соли обеспечивает большую гибкость в использовании типа мембран и общую долговечность мембраны.

Примеры

Пример 1:

[0108] Был проведен эксперимент для оценки производства иминодиуксусной кислоты (IDA) из исходного потока, содержащего динатриевую соль иминодиуксусной кислоты (DSIDA), с использованием процесса трехкамерного электродиализа с биполярными мембранами.

[0109] В эксперименте использовали сырьевой поток, содержащий 10 мас. % DSIDA, где мембрана представляла собой анионообменную мембрану Neosepta (АОМ), коммерчески доступную от Astom (Токио, Япония). Ячейка с биполярными мембранами состояла из 7 повторяющихся мембранных единиц [БПМ-АОМ-КОМ]. рН камеры для кислоты поддерживали на уровне приблизительно 1 путем добавления экзогенной HCl. Процесс электродиализа длился в течение 110 минут.

[0110] Подсчет перенесенных катионов Na⁺ осуществляли на основании сравнения молярного количества катионов Na⁺, присутствующих в исходном потоке с молярным количеством катионов Na⁺, присутствующих в камере для основания. Например, (моль Na⁺, извлеченные в камере для основания)/(моль Na⁺ в подаче DSIDA) × 100.

[0111] Процент катионов Na⁺, удаленных из исходного потока подсчитывали путем сравнения молярного количества катионов Na⁺, присутствующих в исходном потоке с молярным количеством катионов Na⁺, присутствующих в потоке, выходящем из камеры для соли. Например, [(моль Na⁺ в подаче DSIDA) - (моль Na⁺, извлеченные в выходящем потоке камеры для соли)]/(моль Na⁺ в подаче DSIDA) × 100.

[0112] Выход NaOH рассчитывали на основании сравнения молярного количества катионов Na⁺, присутствующих в исходном потоке с моль NaOH, извлеченного в камере для основания. Например, (моль NaOH, извлеченного из камеры для основания)/(моль Na⁺ в подаче DSIDA) × 100.

[0113] Равным образом, процент перенесенных анионов IDA подсчитывали на основании сравнения молярного количества анионов иминодиуксусной кислоты^-2, присутствующих в исходном потоке, с молярным количеством анионов иминодиуксусной кислоты^-2, присутствующих в камере для кислоты. Например, (моль иминодиуксусной кислоты^-2, извлеченной в камере для кислоты)/(моль иминодиуксусной кислоты^-2 в исходной DSIDA) × 100.

[0114] Количество IDA, извлеченное из исходного потока определяли путем сравнения молярного количества анионов иминодиуксусной кислоты^-2, присутствующих в исходном потоке, с молярным количеством анионов иминодиуксусной кислоты^-2, присутствующих в потоке, выходящем из камеры для соли. Например, [(моль иминодиуксусной кислоты^-2 в исходной DSIDA) - (моль иминодиуксусной кислоты^-2, извлеченные в потоке, выходящем из камеры для соли камеры)]/(моль иминодиуксусной кислоты^-2 в исходной DSIDA) × 100.

[0115] Выход IDA также подсчитывали на основании сравнения молярного количества анионов иминодиуксусной кислоты^-2, присутствующих в исходном потоке с моль иминодиуксусной кислоты, извлеченной в камере для кислоты. Например, (моль иминодиуксусной кислоты, извлеченной из камеры для кислоты)/(моль иминодиуксусной кислоты^-2 в исходной DSIDA) × 100.

[0116] Условия и результаты способа приведены ниже в Таблице 1.

[0117] На Фигуре 6 представлено изменение концентрации в исходной камере (т.е. для соли) и камере для основания. Концентрация DSIDA в пересчете на массу в камере для соли неуклонно снижается с течением времени до значения приблизительно 0 мас. % в конце эксперимента. Это указывает на то, что анионы иминодиуксусной кислоты^-2 из исходного потока DSIDA были перенесены через мембранную стенку камеры для соли и к аноду, в то время как катионы из исходного потока DSIDA (например, Na⁺) были перенесены через стенку мембраны камеры для соли к катоду. Повышенная концентрация NaOH в камере для основания с течением времени является дополнительным показателем того, что катионы из исходного потока DSIDA (например, Na⁺) были перенесены через мембранную стенку камеры для соли в камеру для основания. В камере для основания катионы из исходного потока DSIDA (Na⁺) объединяются с ОН^-, присутствующим в результате операции расщепления воды биполярной мембраны, с образованием NaOH. Выход NaOH подсчитывают так, как описано выше. Как и ожидалось, уменьшение концентрации DSIDA в камере для соли в сочетании с увеличением количества основания, присутствующего в камере для основания, со временем приводит к увеличению выхода NaOH. Когда концентрация DSIDA в камере для соли приближается к нулю, то выход NaOH приближается к постоянному значению, что указывает на максимально достижимый выход тестируемой системы.

[0118] На Фигуре 7 показано изменение концентрации камеры для соли и камеры для кислоты 10 мас. % исходной DSIDA. Изменение концентрации DSIDA обсуждается выше. Концентрация IDA в камере для кислоты со временем увеличивается. Эта повышенная концентрация указывает на то, что анионы из исходного потока DSIDA (например, иминодиуксусной кислоты^-2) были перенесены через мембранную стенку камеры для соли и в направлении камеры для кислоты. В камере для кислоты анионы из исходного потока DSIDA объединяются с Н⁺, присутствующим в результате операции расщепления воды биполярной мембраны, с образованием IDA, как показано на Фигуре 1b. Как и ожидалось, уменьшение концентрации DSIDA в камере для соли в сочетании с увеличением IDA в камере для кислоты приводит к увеличению выхода IDA с течением времени.

[0119] На Фигуре 8 показано графическое представление изменения проводимости содержимого исходной камеры (для соли) и камеры для основания, а также изменение в камере для соли рН с течением времени. Проводимость содержимого исходной камеры (для соли) в ходе эксперимента стремится к 0 мС/см. Это указывает на то, что анионы из исходного потока DSIDA (например, иминодиуксусной кислоты^-2) были перенесены через мембранную стенку камеры для соли и к аноду, в то время как катионы из исходного потока DSIDA (например, Na⁺) были перенесены через мембранную стенку камеры для соли по направлению к катоду. Поскольку соответствующие анионы и катионы удаляют из камеры для соли, оставшийся раствор внутри камеры для соли содержит только сырьевые компоненты, отличные от DSIDA (обычно воду). Поскольку основным компонентом в исходном потоке является вода, наблюдается почти нулевая проводимость. Это явление также объясняет, почему рН в исходной камере (для соли) в ходе эксперимента стремится к значению 7. Напротив, проводимость содержимого камеры для основания увеличивается, поскольку катионы из исходного потока DSIDA (например, Na⁺) переносятся через мембранную стенку камеры для соли и в камеру для основания. В то же время катионы из исходного потока DSIDA объединяются с ОН^-, присутствующим в результате операции расщепления воды биполярной мембраны с образованием NaOH. Состав камеры для основания меняется от раствора, состоящего в основном из воды, до раствора, содержащего возрастающие количества NaOH.

[0120] На Фигуре 9 показано графическое представление изменения проводимости и рН содержимого камеры для кислоты в ходе эксперимента. Как описано выше, анионы иминодиуксусной кислоты^-2 из исходного потока DSIDA переносятся через мембранную стенку камеры для соли в камеру для кислоты, а анионы из исходного потока DSIDA объединяются с Н⁺, присутствующими в результате операции расщепления воды биполярной мембраны с образованием IDA. Камера для кислоты была загружена раствором сильной кислоты (т.е. водным электролитом, содержащим кислоту), что привело к относительно низкому начальному рН. Как было отмечено выше, рН поддерживали на уровне рН приблизительно 1 путем введения дополнительной сильной кислоты в камеру для кислоты. Поскольку анионы из исходного потока DSIDA переносятся в камеру для кислоты и образуют IDA, то наблюдается более высокая концентрация IDA в камере для кислоты. Это приводит к умеренному увеличению наблюдаемой проводимости содержимого камеры с кислотой.

[0121] На Фигуре 10 показано изменение тока, напряжение, и выход по току в ходе эксперимента.

Пример 2:

[0122] Другой эксперимент, аналогичный Примеру 1, был проведен с использованием 20 мас. % исходного раствора DSIDA. В качестве анионообменной мембраны использовали анионообменную мембрану Neosepta, коммерчески доступную от Astom (Токио, Япония). В камере для кислоты поддерживали рН приблизительно 0,7 и температуру около 35°С.

[0123] Условия процесса и результаты приведены ниже в Таблице 2.

[0124] На Фигуре 11 показаны изменения в концентрации исходной камеры (т.е. для соли) и камеры для основания, как обсуждалось выше в отношении Примера 2.

[0125] На Фигуре 12 показаны изменения в концентрации DSIDA в исходной камере (для соли) и IDA в камере для кислоты. На Фигуре 12 также показан выход IDA как функция времени.

[0126] На Фигуре 13 показано изменение тока, напряжение, и выход по току как функция времени.

Пример 3:

[0127] Был проведен дополнительный эксперимент, аналогичный примеру 2 с использованием 20 мас. % исходного раствора DSIDA и анионообменной мембраны NEOSEPTA (коммерчески доступна от Astom Corp.).

[0128] Условия процесса и результаты приведены ниже в Таблице 3.

[0129] На Фигуре 14 показаны изменения концентрации в исходной камере (т.е. для соли) и камере для основания. На Фигуре 14 также указан выход NaOH как функция времени.

[0130] На Фигуре 15 показаны изменения концентрации в исходной камере (т.е. для соли) и камере для кислоты, а также выход IDA.

[0131] На Фигуре 16 показано изменение тока, напряжение и выход по току из Примера 3.

[0132] В Таблице 4 ниже представлено сравнительное потребление электроэнергии, удельное потребление электроэнергии, выход по току, и выход NaOH и IDA для каждого из Примеров 1-3.

Пример 4: Эксперимент с непрерывной подачей

[0133] Был проведен эксперимент с непрерывной подачей, в котором DSIDA непрерывно подавали в камеру для соли (исходную). На Фигуре 17 представлена блок-схема процесса непрерывной подачи. Поток продукта из каждой камеры направляют через бак рециркуляции, в котором часть потока продукта необязательно рециркулирует в соответствующие камеры и/или извлекается в следующем баке для продукта. Экзогенную кислоту добавляют в бак рециркуляции камеры для кислоты и вводят в камеру для кислоты с помощью рециркуляционного насоса камеры для кислоты. Подачу DSIDA и деионизированную воду добавляют аналогичным образом в соответствующие рециркуляционные баки.

[0134] рН камеры для кислоты поддерживали на уровне приблизительно 0,7, а температуру поддерживали приблизительно на уровне 37°С. Сырьевой поток, содержащий 28 мас. % DSIDA, подавали в камеру для соли (исходную) камера через рециркуляционный бак DSIDA при скорости 15 г/мин. Скорость подачи/выпуска камеры для основания поддерживали на уровне примерно 20 г/л, чтобы гарантировать концентрацию NaOH в потоке продукта основания примерно 8,5 мас. %. Скорость подачи/выпуска камера для кислоты поддерживали на уровне приблизительно 18 г/л, чтобы гарантировать концентрацию продукта IDA приблизительно 14 мас. % в потоке кислотного продукта. По завершении каждого цикла (примерно каждые 5-6 часов) все растворы в каждой камере сливали и собирали. После удаления содержимого каждой камеры в каждую камеру вводили деионизированную воду. Перед началом следующего цикла растворы из предыдущего цикла повторно вводили в соответствующие камеры. Эту процедуру повторяли в течение всего эксперимента примерно 34 часа.

[0135] На Фигуре 18 показано изменение тока, напряжения и выхода по току на протяжении всего процесса. Концентрации NaOH в камере для основания, IDA в камере для кислоты, и DSIDA в камере для соли (исходной) в течение эксперимента представлены на Фигуре 19.

Пример 5: Двухкамерный биполярный мембранный электродиализ

[0136] Был проведен эксперимент, чтобы оценить влияние процесса двухкамерного биполярного мембранного электродиализа (БМЭ) на динатриевую соль иминодиуксусной кислоты (DSIDA).

[0137] Готовили лабораторную мембранную систему БМЭ, содержащую пакет мембран из 7 мембранных ячеек и двух никелевых электродов. Мембранные ячейки, содержащие две камеры, камеру для соли и камеру для соли. Ячейки были составлены из биполярной мембраны (БПМ) и катионообменной мембраны (КОМ) в конфигурации БПМ-КОМ-БПМ.

[0138] Водный раствор, содержащий DSIDA (приблизительно 20 мас. %) загружали в камеру для соли, а разбавленный NaOH (0.1 М) загружали в камеру для основания. За рН и проводимостью камеры для соли следили до тех пор, пока рН не упал до между приблизительно 7 и приблизительно 7,5, а проводимость не упала до между приблизительно 40 и приблизительно 45 мС/см. В этот момент приблизительно 80% объема камеры для соли было удалено и помечено как продукт «MSIDA» (мононатриевая соль иминодиуксусной кислоты). Затем 20% раствор DSIDA загружали в камеру для соли. Как только камера для основания достигала проводимости между приблизительно 300 и приблизительно 320 мС/см, указывая на целевую концентрацию NaOH, приблизительно 80% объема камеры для основания было удалено и обозначено как «основной продукт». Деионизированную воду в объеме, равном количеству удаленного основного продукта, повторно вводили в камеру для основания. Этот процесс повторяли в течение примерно 25 часов.

[0139] На Фигуре 20 показано изменение проводимости и выхода по току камеры для основания и камеры для соли двухкамерной конфигурации БМЭ.

[0140] Начальная проводимость камеры для соли при загрузке DSIDA составляла приблизительно 80 мС/см. Проводимость начала снижаться, когда DSIDA была преобразована в MSIDA. При проводимости приблизительно 45 мС/см большая часть DSIDA была преобразована в MSIDA, и «продукт MSIDA» был удален. Точно так же проводимость камеры для основания, показанная на Фигуре 20, указывает точки, в которых был удален основной продукт и добавлена деионизированная вода. Например, первый основной продукт был удален примерно через 4,5 часа, когда проводимость достигла примерно 325 мС/см.

[0141] На Фигуре 21 подробно показано исходное содержание DSIDA и концентрации MSIDA в конце каждого цикла. Количество продукта NaOH, удаленного из камеры для основания, варьировалось от приблизительно 8,5 мас. % до приблизительно 10,5 мас. %. В целом, во время способа двухкамерного электродиализа был достигнут массовый баланс натрия и иминодиуксусной кислоты (IDA) примерно 98%.

[0142] Выход по току, достигнутый этим способом, составлял между приблизительно 80 и 85%. На Фигуре 22 показан выход по току способа по сравнению с напряжением. В течение всего способа ток поддерживался на уровне 14А.

Пример 6: Трехкамерный электродиализ с использованием MSIDA из Примера 5

[0143] Продукт MSIDA из Примера 5 использовали в качестве исходного раствора для камеры для соли системы трехкамерной электродиализной системы, содержащей пакет мембран, имеющий 7 ячеек и два никелевых электрода. Каждая мембранная ячейка трехкамерной электродиализной системы состояла из камеры для основания, кислоты и камеры для соли. Трехкамерная мембранная ячейка была, по существу, такой же, как описано в Примере 1.

[0144] MSIDA, полученную в Примере 5 (приблизительно 17 мас. % IDA), непрерывно вводили в камеру для соли для поддержания достаточной силы IDA в солевом контуре. Непрерывной подачи в камеру для кислоты или камеру для основания не было. В камеру для основания загружали 0,1 М NaOH. В камеру для кислоты загружали 1-2% IDA и рН регулировали на уровне 0,8 с использованием 8 М HCl. Когда камеры для основания и кислоты достигли целевой концентрации, эксперимент был остановлен, и основные и кислотные продукты были собраны.

[0145] На Фигуре 23 показано изменение проводимости камер для кислоты, основания и камеры для соли в способе трехкамерного БМЭ. На Фигуре 24 показано изменение напряжения в способе трехкамерного БМЭ. В течение всего способа ток поддерживали на уровне 14А.

[0146] По завершении эксперимента концентрация NaOH в продукте из камеры для основания составляла 8,9 мас. %, а концентрация IDA в продукте из камеры для кислоты составляла 14,3 мас. %. В целом, выход по току этого эксперимента составил 87%.

[0147] При представлении элементов настоящего изобретения или его предпочтительных вариантов осуществления слово «указанный» предназначено для обозначения того, что существует один или несколько элементов. Термины «содержащий», «включающий в себя» и «имеющий» предназначены для включения и означают, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных.

[0148] Принимая во внимание вышесказанное, будет видно, что достигнуты несколько целей изобретения, а также получены другие полезные результаты.

[0149] Поскольку в вышеуказанные продукты и способы могут быть внесены различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, предполагается, что все вопросы, содержащиеся в приведенном выше описании и связанных чертежах, должны интерпретироваться как иллюстративные, а не в ограничивающем смысле.

Claims (115)

1. Способ получения аминокислоты, включающий в себя:

введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания;

введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами; и

введение водного потока в камеру для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами;

где первая кислота и аминокислота являются различными, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

2. Способ по п. 1, где pKa первой кислоты, введенной в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, составляет по меньшей мере на 0,5, по меньшей мере на 1, по меньшей мере на 2, по меньшей мере на 3 или по меньшей мере на 4 единицы pKa меньше, чем pKa соли аминокислоты, введенной в камеру для соли.

3. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором молярное соотношение соли аминокислоты, введенной в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, к первой кислоте водного электролита, введенного в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, составляет по меньшей мере 1:0,5, по меньшей мере 1:0,75, по меньшей мере 1:1, по меньшей мере 1:1,1, по меньшей мере 1:1,2, по меньшей мере 1:1,3, по меньшей мере 1:1,4, по меньшей мере 1:1,5, по меньшей мере 1:2, по меньшей мере 1:4, по меньшей мере 1:6, по меньшей мере 1:8, по меньшей мере 1:10, по меньшей мере 1:15 или по меньшей мере 1:20.

4. Способ по п. 3, в котором молярное соотношение соли аминокислоты, введенной в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, к первой кислоте водного электролита, введенного в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, составляет от 1:1 до 1:10, от 1:1 до 1:6, от 1:1 до 1:4, от 1:1 до 1:2, от 1:1 до 1:1,5, от 1:1.1 до 1:1,4 или от 1:1,1 до 1:1,3.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первая кислота выбрана из группы, включающей в себя HCl, H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, HI и их комбинацию.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первая кислота выбрана из группы, включающей в себя HCl, H₂SO₄, Н₃РО₄ и их комбинацию.

7. Способ по п. 6, в котором первая кислота представляет собой HCl.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором температура водного электролита составляет от 10 до 45°С, от 15 до 40°С, от 15 до 35°С или от 20 до 30°С при введении в камеру для кислоты.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую кислоту вводят в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами постепенно, так что рН внутри камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами не изменяется более чем на 1 единицу рН в минуту, более чем на 2 единицы рН в минуту или более чем или на 3 единицы рН в минуту.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором рН содержимого камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет менее 3,0, менее 2,5, менее 2,0, менее 1,5, менее 1,0, менее 0,9, менее 0,8 или менее 0,7.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором концентрация соли аминокислоты в потоке исходной соли составляет по меньшей мере 5 мас.%, по меньшей мере 10 мас.% или по меньшей мере 20 мас.%.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором концентрация соли аминокислоты в потоке исходной соли составляет от 5 до 30 мас.%, от 10 до 25 мас.% или от 10 до 20 мас.%.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость потока исходной соли составляет по меньшей мере 10 мС/см, по меньшей мере 20 мС/см, по меньшей мере 25 мС/см, по меньшей мере 50 мС/см, по меньшей мере 100 мС/см, по меньшей мере 150 мС/см, по меньшей мере 200 мС/см или по меньшей мере 250 мС/см.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость потока исходной соли составляет между 10 и 250 мС/см, между 20 и 200 мС/см, между 25 и 200 мС/см, между 50 и 200 мС/см, между 100 и 200 мС/см или между 150 и 200 мС/см.

15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором аминокислота имеет следующую структуру:

,

где R₁, R₂ и R₃ независимо друг от друга выбраны из группы, включающей в себя СН₂С(O)ОН, СН₂Р(O)(ОН)₂ и водород.

16. Способ по п. 15, в котором аминокислота выбрана из группы, включающей в себя иминодиуксусную кислоту, N-(фосфонометил)иминодиуксусную кислоту, глицин и N-(фосфонометил)глицин.

17. Способ по п. 15 или 16, в котором соль аминокислоты содержит катион, выбранный из группы, включающей в себя натрий, калий, литий, аммоний, кальций и магний.

18. Способ по п. 17, в котором соль аминокислоты представляет собой динатриевую соль иминодиуксусной кислоты.

19. Способ по любому из пп. 15-18, в котором аминокислота представляет собой иминодиуксусную кислоту.

20. Способ по любому из предыдущих пунктов, при этом способ дополнительно включает в себя извлечение потока кислотного продукта, содержащего аминокислоту, из камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами.

21. Способ по п. 20, в котором поток кислотного продукта дополнительно содержит соль аминокислоты.

22. Способ по п. 20 или 21, в котором аминокислота составляет по меньшей мере 2 мас.%, по меньшей мере 4 мас.%, по меньшей мере 6 мас.%, по меньшей мере 8 мас.%, по меньшей мере 10 мас.%, по меньшей мере 12 мас.%, по меньшей мере 14 мас.%, по меньшей мере 16 мас.%, по меньшей мере 18 мас.% или по меньшей мере 20 мас.% потока кислотного продукта трехкамерной ячейки с биполярными мембранами.

23. Способ по любому из пп. 20-22, в котором аминокислота составляет от 2 до 20 мас.%, от 4 до 18 мас.%, от 6 до 16 мас.%, от 6 до 14 мас.%, от 8 до 14 мас.% или от 8 до 12 мас.% потока кислотного продукта трехкамерной ячейки с биполярными мембранами.

24. Способ по любому из пп. 19-23, в котором содержание аминокислот в потоке кислотного продукта трехкамерной ячейки с биполярными мембранами представляет собой выход в пересчете на соль аминокислоты, введенную в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, в по меньшей мере 90%, по меньшей мере 91%, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 93%, по меньшей мере 94%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%.

25. Способ по любому из предыдущих пунктов, при этом способ дополнительно включает извлечение обедненного солевого потока из камеры для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, где обедненный солевой поток содержит менее 5 мас.%, менее 4 мас.%, менее 3 мас.%, менее 2 мас.%, менее 1 мас.% или менее 0,5 мас.% соли аминокислоты.

26. Способ по любому из предыдущих пунктов, при этом способ дополнительно включает извлечение потока основного продукта из камеры для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами.

27. Способ по п. 26, в котором содержимое основания потока основного продукта трехкамерной ячейки с биполярными мембранами представляет собой выход в пересчете на катион соли аминокислоты по меньшей мере 90%, по меньшей мере 91%, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 93%, по меньшей мере 94%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%.

28. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере 80% соли аминокислоты, введенной в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, превращается в аминокислоту, извлеченную в потоке аминокислотного продукта.

29. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором:

камера для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами ограничена первой биполярной мембраной и анионообменной мембраной; и

камера для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами ограничена анионообменной мембраной камеры для кислоты и катионообменной мембраной.

30. Способ по п. 29, в котором камера для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами ограничена второй биполярной мембраной и катионообменной мембраной.

31. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором трехкамерная ячейка с биполярными мембранами дополнительно содержит катод и анод, при этом способ включает в себя приложение электрического потенциала между катодом и анодом, тем самым вызывая поток протонов в камере для кислоты к катоду и образование анионов аминокислоты из соли аминокислоты в камере для соли, где анионы аминокислоты проходят через анионообменную мембрану в камеру для кислоты.

32. Способ по п. 31, в котором трехкамерная ячейка с биполярными мембранами дополнительно содержит концевую мембрану между анодом и биполярной мембраной, концевую мембрану, выбранную из группы, состоящей из анионообменных мембран, катионообменных мембран и биполярных мембран.

33. Способ по п. 31 или 32, в котором трехкамерная ячейка с биполярными мембранами дополнительно содержит концевую мембрану между катодом и биполярной мембраной, концевую мембрану, выбранную из группы, состоящей из анионообменных мембран, катионообменных мембран и биполярных мембран.

34. Способ по п. 32 или 33, в котором анионы аминокислот и протоны объединяются в камере для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами с образованием аминокислоты и катионов из соли аминокислоты, а гидроксид-ионы объединяются в камере для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами с образованием основания.

35. Способ по любому из пп. 31-33, в котором приложение электрического потенциала между катодом и анодом содержит приложение по меньшей мере 1 ампер (А), по меньшей мере 5 А, по меньшей мере 8 А, по меньшей мере 10 А или по меньшей мере 13 А.

36. Способ по любому из пп. 31-35, в котором приложение электрического потенциала между катодом и анодом включает в себя приложение по меньшей мере 5 вольт (В), по меньшей мере 8 В, по меньшей мере 13 В, по меньшей мере 15 В, по меньшей мере 20 В, по меньшей мере 25 В или по меньшей мере 23 В.

37. Способ по любому из пп. 31-36, в котором выход по току в пересчете на перенос катиона соли аминокислоты в камеру для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет по меньшей мере 85%, по меньшей мере 87%, по меньшей мере 89%, по меньшей мере 91%, по меньшей мере 93%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%.

38. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выход по току в пересчете на перенос катиона соли аминокислоты в камеру для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет от 85 до 99%, от 89 до 99% или от 95 до 99%.

39. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выход по току в пересчете на перенос аниона соли аминокислоты в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет по меньшей мере 75%, по меньшей мере 76%, по меньшей мере 77%, по меньшей мере 78%, по меньшей мере 79%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 82%, по меньшей мере 84%, по меньшей мере 86%, по меньшей мере 88%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или по меньшей мере 99%.

40. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выход по току в пересчете на перенос аниона соли аминокислоты в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет от 75 до 99%, от 80 до 99% или от 90 до 99%.

41. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором конкретное потребление электроэнергии составляет менее 1 кВт-ч/экв. моль, менее 0.75 кВт-ч/экв. моль или менее 0,7 кВт-ч/экв. моль катиона соли аминокислоты.

42. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет по меньшей мере 20 мС/см, по меньшей мере 30 мС/см, по меньшей мере 40 мС/см или по меньшей мере 50 мС/см.

43. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет от 20 до 300 мС/см, от 20 до 200 мС/см, от 20 до 100 мС/см или от 20 до 50 мС/см.

44. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором рН водного электролита внутри камеры для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами изменяется менее чем на 1 единицу рН в минуту, более чем на 2 единицы рН в минуту или более чем или на 3 единицы рН в минуту.

45. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет менее 200 мС/см, менее 100 мС/см, менее 75 мС/см или менее 50 мС/см.

46. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет от 200 до 0 мС/см, от 100 до 0 мС/см, от 75 до 0 мС/см или от 50 до 0 мС/см.

47. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет по меньшей мере 10 мС/см, по меньшей мере 20 мС/см, по меньшей мере 50 мС/см, по меньшей мере 100 мС/см, по меньшей мере 150 мС/см или по меньшей мере 200 мС/см.

48. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость содержимого камеры для основания трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет от 10 до 500 мС/см, от 10 до 250 мС/см, от 50 до 250 мС/см, от 100 до 250 мС/см, от 150 до 250 мС/см или от 200 до 250 мС/см.

49. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором соль аминокислоты составляет от 10 до 20 мас.% потока исходной соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами и общее потребление электроэнергии, необходимое для достижения целевого выхода аминокислот, составляет менее 5 кВт/ч, менее 4 кВт/ч или менее 3 кВт/ч.

50. Способ по п. 49, в котором целевой выход аминокислот составляет по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90% или по меньшей мере 95%.

51. Способ по любому из предыдущих пунктов, дополнительно включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, включающей в себя камеру для соли и камеру для основания;

извлечение соли аминокислоты из камеры для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, где по меньшей мере часть соли аминокислоты, извлеченной из камеры для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, составляет поток исходной соли, введенный в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами; и

извлечение основного продукта из камеры для основания двухкамерной ячейки с биполярными мембранами.

52. Способ по п. 51, в котором рН камеры для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами составляет по меньшей мере 6, по меньшей мере 7, или от 6 до 8, или от 7 до 8.

53. Способ по п. 51 или 52, в котором двухкамерная ячейка с биполярными мембранами дополнительно содержит анод и катод, и при этом камера для соли двухкамерной биполярной мембраны ограничена биполярной мембраной и катионообменной мембраной, а камера для основания двухкамерной биполярной мембраны ограничена катионообменной мембраной, ограничивающей камеру для соли, и второй биполярной мембраной.

54. Способ по п. 53, дополнительно включающий в себя приложение электрического потенциала между катодом и анодом двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, тем самым вызывая поток катионов из соли аминокислоты в камере для соли через катионообменную мембрану в камеру для основания двухкамерной ячейки с биполярными мембранами.

55. Способ по п. 54, в котором выход по току двухкамерной ячейки с биполярными мембранами в пересчете на перенос катиона соли аминокислоты в камеру для основания составляет по меньшей мере 85%, по меньшей мере 87%, по меньшей мере 89%, по меньшей мере 91%, по меньшей мере 93%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%.

56. Способ по п. 54, в котором потребление электроэнергии внутри двухкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет менее 5 кВт/ч, менее 4 кВт/ч или менее 3 кВт/ч.

57. Способ по п. 54, в котором общее совокупное потребление электроэнергии внутри двухкамерной ячейки с биполярными мембранами и трехкамерной ячейки с биполярными мембранами составляет менее 10 кВт/ч, менее 5 кВт/ч, менее 4 кВт/ч или менее 3 кВт/ч.

58. Способ по любому из пп. 51-57, в котором содержание аминокислоты в потоке кислотного продукта, извлеченного из трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, представляет собой выход в пересчете на соль аминокислоты, введенную в камеру для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 91%, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 93%, по меньшей мере 94%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%.

59. Способ по любому из пп. 51-58, в котором соль аминокислоты, введенная в камеру для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, представляет собой динатриевую соль иминодиуксусной кислоты.

60. Способ по п. 59, в котором по меньшей мере часть соли аминокислоты, извлеченной из камеры для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, которая составляет поток исходной соли, введенной в камеру для соли трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, представляет собой мононатриевую соль иминодиуксусной кислоты.

61. Способ получения аминокислоты, включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания;

введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания;

введение водного электролита, включающего в себя первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами; и

введение водного потока в камеру для основания трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами;

где первая кислота и аминокислота отличаются, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

62. Способ получения аминокислоты, включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли, камеру для основания, анод и катод, при этом камера для соли двухкамерной биполярной мембраны ограничена биполярной мембраной и катионообменной мембраной, а камера для основания двухкамерной биполярной мембраны ограничена катионообменной мембраной, ограничивающей камеру для соли и второй биполярной мембраной;

приложение электрического потенциала между катодом и анодом двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, тем самым вызывая поток катионов из соли аминокислоты в камере для соли через катионообменную мембрану в камеру для основания двухкамерной ячейки с биполярными мембранами;

извлечение основного продукта из камеры для основания двухкамерной ячейки с биполярными мембранами;

введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, включающей в себя камеру для кислоты, камеру для соли, камеру для основания, анод и катод,

введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами; и

введение водного потока в камеру для основания трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами;

при этом продукт из камеры для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами содержит соль аминокислоты, отличающуюся от соли аминокислоты, введенной в камеру для соли двухкамерной ячейки с биполярными мембранами, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

63. Способ получения аминокислоты, включающий в себя:

введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, включающей в себя камеру для кислоты, камеру для соли, камеру для основания, анод и катод;

введение потока соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли ячейки с биполярными мембранами; и

введение водного потока в камеру для основания ячейки с биполярными мембранами,

при этом камера для кислоты ограничена первой биполярной мембраной и анионообменной мембраной,

при этом камера для основания ограничена второй биполярной мембраной и катионообменной мембраной,

при этом камера для соли ограничена анионообменной мембраной камеры для кислоты и катионообменной мембраной камеры для основания,

при этом способ дополнительно включает в себя приложение электрического потенциала между катодом и анодом, тем самым вызывая поток протонов в камеру для кислоты к катоду и образование анионов аминокислоты из соли аминокислоты в камере для соли, где анионы аминокислоты проходят через анионообменную мембрану в камеру для кислоты; и

при этом первая кислота и аминокислота являются различными, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

64. Способ получения иминодиуксусной кислоты, включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль иминодиуксусной кислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания;

введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания;

введение водного электролита, содержащего первую кислоту, в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами;

введение водного потока в камеру для основания трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

65. Способ по любому из пп. 61-64, в котором первая кислота представляет собой хлористоводородную кислоту.

66. Способ извлечения аминокислоты из соли аминокислоты, включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль аминокислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания;

введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания;

введение кислоты в камеру для кислоты трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами;

где pKa кислоты по меньшей мере на 0,5, по меньшей мере на 1, по меньшей мере на 2, по меньшей мере на 3 или по меньшей мере на 4 единицы pKa меньше, чем pKa соли аминокислоты, введенной в камеру для соли.

67. Способ извлечения иминодиуксусной кислоты из соли иминодиуксусной кислоты, включающий в себя:

введение потока исходной соли, содержащего соль иминодиуксусной кислоты, в камеру для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для соли и камеру для основания;

введение продукта из камеры для соли двухкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами в камеру для соли трехкамерной ячейки для электродиализа с биполярными мембранами, содержащей камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания; и

введение кислоты в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с мембранами, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

68. Способ извлечения иминодиуксусной кислоты из соли иминодиуксусной кислоты, включающий в себя:

введение технологического потока, содержащего соль иминодиуксусной кислоты, в камеру для соли трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, включающего в себя камеру для кислоты, камеру для соли и камеру для основания, и

введение кислоты в камеру для кислоты трехкамерного аппарата с мембранами, в котором аминокислота имеет pKa более 2,0 и первая кислота, введенная в камеру для кислоты трехкамерной ячейки с биполярными мембранами, имеет pKa меньше, чем pKa аминокислоты.

69. Способ по п. 67 или 68, в котором трехкамерный аппарат для электродиализа с биполярными мембранами дополнительно содержит катод и анод, и способ дополнительно включает в себя приложение электрического потенциала между катодом и анодом, тем самым вызывая поток протонов в камере для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами к катоду и образование анионов иминодиуксусной кислоты в камере для соли трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами, при этом анионы иминодиуксусной кислоты проходят через анионообменную мембрану и в камеру для кислоты трехкамерного аппарата для электродиализа с биполярными мембранами.

70. Способ по любому из пп. 61-63 или 66, в котором аминокислота представляет собой иминодиуксусную кислоту и в котором иминодиуксусную кислоту используют в способе получения N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты или ее соли.

71. Способ по п. 70, в котором аминокислота представляет собой иминодиуксусную кислоту и в котором иминодиуксусную кислоту используют в способе получения N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты или ее соли и N-(фосфонометил)иминодиуксусная кислота или ее соль превращается в N-(фосфонометил)глицин или его соль.

Images