SK280217B6

SK280217B6 - Spôsob oddeľovania aspoň jednej organickej látky z

Info

Publication number: SK280217B6
Application number: SK1566-91A
Authority: SK
Inventors: Henk Pluim; Jan G. Kraaijenbrink
Original assignee: Duphar International Research B.V.
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1999-10-08
Also published as: ES2091859T3; CS9101566A2; RU2041231C1; HUT60332A; NO911972D0; AU7723991A; IE76465B1; PL290360A1; EP0458389B1; KR0179032B1; US5464514A; DK0458389T3; DE69122304D1; KR910019671A; HU210911B; IL98225A0; FI912482A; NO911972L; BG60745B1; NO180644C

Description

Opisuje sa oddeľovanie organických látok zo zmesi na základe ich schopnosti vytvárať reverzibilný komplex so slabou kyselinou, pričom sa podrobuje elektrodialýze zmes aspoň jednej organickej zlúčeniny a slabej kyseliny, výhodne v prítomnosti ionexovej živice v elektrodialyzačnej bunke.

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu oddeľovania aspoň jednej organickej látky zo zmesi obsahujúcej aj slabú kyselinu a elektrodialyzačného zariadenia.

Doterajší stav techniky

Spôsob oddeľovania aspoň jednej organickej látky zo zmesi látok jc možný na základe schopnosti látky vytvárať (výhodne reverzibilný) komplex so slabou kyselinou. Rôzne organické látky vytvárajú komplexy rôznej stálosti so slabou kyselinou. Tieto komplexy majú preto rôzne elektrostatické a/alebo elektrodynamické vlastnosti. Delenie organických látok sa preto môže zakladať na izolácii týchto komplexov zo zmesi, s použitím ionexového chromatografického delenia, opísaného v americkom patentovom spise č. 2 818 851. Pri tomto spôsobe sa zmes, obsahujúca polyhydroxyzlúčeniny vo forme komplexu s borátovým iónom, nanáša na stĺpec obsahujúci zásaditý ionex. Následne sa komplexy organických látok eluujú zo stĺpca s použitím vhodného elučného prostriedku.

Vynález sa týka delenia organických látok celkom odlišným spôsobom, označovaným ako elektrodialýza.

Podstata vynálezu

Podstatou spôsobu oddeľovania aspoň jednej organickej látky zo zmesi látok, ktorá obsahuje tiež slabú kyselinu, schopnú vytvárať reverzibilný komplex s aspoň jednou organickou látkou spočíva podľa vynálezu v tom, že sa zmes podrobuje elektrodialýze.

Delenie zmesi elektrodialýzou je založené na pohybe iónov cez jednu alebo niekoľko pre ióny selektívnych membrán pôsobením priameho elektrického prúdu. Používanými membránami na tento účel môžu byť pre katióny selektívne membrány alebo pre anióny selektívne membrány, pričom sa pripadne tiež používajú bipoláme membrány (ktorými môžu prechádzať v podstate len protóny a hydroxylové ióny). V závislosti od špecifického použitia môže pozostávať elektrodialýzna bunka z katódovej komory a z anódovej komory a z prípadných ďalších komôr, oddelených membránami citlivými na ióny. Prípadne sú membrány, selektívne pre ióny, od seba oddelené s vytvorením kvapalinových komôr.

Navzájom sa môžu kombinovať viaceré takéto bunky s vytvorením radu, označovaného ako elektrodialyzačná jednotka.

V prípade typickej elektrodialyzačnej bunky, vhodnej na delenie spôsobom podľa vynálezu, sú dve elektródové komory oddelené komorami, obsahujúcimi zmes, ktorá sa má deliť (diluát) a výtokový roztok (koncentrát). Tieto komory sú navzájom oddelené a vytvárajú elektródové komory membránami selektívnymi pre ióny.

Aby sa predišlo stagnujúcim vrstvám v komorách bunky, môžu roztoky obiehať s použitím vonkajšej nádoby.

Elektrodialyzačná jednotka, napríklad niekoľko sto komôr pre eluát a koncentrát, sa tiež môže umiestniť medzi elektródové komory a môže sa kombinovať tok roztoku viacerými diluátovými komorami a koncentrátovými komorami.

Pri výhodnom uskutočňovaní vynálezu sa delenie uskutočňuje v elektrodialyzačnej bunke alebo v elektrodialyzačnej jednotke, pričom aspoň jedna z komôr medzi elektródovými komorami obsahuje makromolekulámy materiál, napríklad polyelektrolyt, alebo ionexovú živicu (buď anexovú živicu, alebo katexovú živicu, alebo vrstvu zmesových živíc). Vynález sa tiež týka elektrodialyzačného pristroja obsahujúceho uvedenú ionexovú živicu.

Slabou kyselinou, používanou pri spôsobe podľa vynálezu, má byť slabá kyselina, ktorá je schopná reverzibilne vytvárať komplex s organickou látkou alebo s organickými látkami, ktoré sa majú oddeľovať.

Ako slabé kyseliny, ktoré sú vhodné na uskutočňovanie spôsobu podľa vynálezu, sa uvádzajú anorganické slabé kyseliny, napríklad kyselina boritá, germaničitá, kremičitá, hlinitany, olovičitany a ciničitany.

Oddeľovanie organických látok spôsobom podľa vynálezu prebieha najúčinnejšie pri podmienkach, kedy organické látky vytvárajú komplexy odlišných nábojov so slabou kyselinou.

Zloženie roztokov v komorách buniek sa môže meniť na podporu oddeľovania rôznych organických látok. Napríklad sa môže meniť hodnota pH na jemné odlíšenie viazania slabej kyseliny na organické látky.

Spôsob podľa vynálezu je zvlášť vhodný na oddeľovanie polárnych organických látok. Predovšetkým je spôsob podľa vynálezu vhodný na oddeľovanie polyolov, napríklad cukrov. Ako príklady cukrov, ktoré sa môžu oddeľovať, sa uvádzajú 1,2-dioly (napríklad manit, glukóza, fruktóza, maltulóza) a 1,3-dioly (napríklad 2,2-dimetyl-l,3-hexándiol). Oddeľovať sa tiež, môžu cukrové frakcie alebo zmesi cukrov, získané napríklad pri výrobe laktulózy z laktózy alebo konverznej glukózy na fruktózu.

Spôsob delenia podľa vynálezu sa môže používať na najrôznejšie účely.

Ako jedna možnosť použitia sa uvádza oddeľovanie zmesi organických látok, napríklad zmesi cukrov. Zvlášť je taký spôsob možné použiť po chemických procesoch, kedy reakčný produkt obsahuje tak východiskové látky, ako aj konverzné produkty, ktoré sa odlišne viažu na slabú kyselinu. Spôsob je tiež možné použiť v prípadoch, kedy reakčný produkt obsahuje zmes produktov, ktoré so slabou kyselinou vytvárajú rôzne silnú väzbu.

Spôsob podľa vynálezu je možné tiež použiť na odstraňovanie znečisťujúcej slabej kyseliny zo zmesi s organickou látkou, pričom časť organickej látky vytvorí komplex so slabou kyselinou. Takéto delenie je založené na oddelení kyseliny komplexne viazanej na organickú látku od organickej látky, ktorá sa na vytvorení komplexu nepodieľa.

Vynález objasňujú nasledujúce príklady praktického uskutočnenia, ktoré však vynález neobmedzujú.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obrázok 1: Schematické znázornenie elektrodialyzačnej jednotky.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Oddeľovanie laktulózy a laktózy s použitím elektrodialýzy

Laktulóza a laktóza sa oddeľujú v elektrodialyzačnom zariadení na základe trojkomorového systému (BEL-2, spoločnosti Berghof).

Stredná komora je naplnená slabo zásaditým ionexovým materiálom MP 62 spoločnosti Bayer. Katódová komora je naplnená 0,1 mol/1 hydroxidom sodným a anódová komora je naplnená 0,1 mol/1 síranom sodným. Katódová komora je oddelená od vnútornej komory katiónovou membránou, zatiaľ čo anódová komora je oddelená od vnútornej komory aniónovom membránou.

Zmes laktózy, laktulózy a kyseliny boritej sa zavedie do vnútornej komory.

Vzťah napätie-prúd v závislosti od času sa monitoruje a je uvedený v nasledujúcej tabuľke I.

Tabuľka I

Profil prúd-napätie pri elektrodialytickom delení laktózy a laktulózy

t min	30	45	60	75	90 105	120	160	1B0	210	240	270
I V	0,88 49,8	0,83 49,8	0,76 49,8	0,67 49, 8	0,58 0,52 49,8 49,8	0,50 49,8	0,26 49, 8	0,20 49,8	0, 21 49, 8	0,21 49, 8	0,19 49, 8

Na začiatku skúšky bol pomer laktózy k laktulóze v strednej komore 1:1.

Po 4,5-hodinovej dialýze je pomer laktózy k laktulóze 3 : 1 v diluáte a 1 : 1,5 v koncentráte.

Oddelenie sa môže ďalej zlepšiť opakovanou elektrodialýzou výsledného roztoku.

Príklad 2

Odstránenie kyseliny boritej s použitím elektrodialýzy Na odstránenie kyseliny boritej vo forme komplexu s organickou látkou sa môže použiť elektrodialyzačné zariadenie ako podľa príkladu 1.

Skúška dokladá jednoduchosť tohto spôsobu, pričom východiskový roztok v strednej komore obsahuje 0,59 g kyseliny boritej na ml a 4,26 g disacharidu na 100 ml.

Po 15 hodinovej elektrodialýze je obsah kyseliny boritej v roztoku menší ako 100 ppm (množstvo nezistiteľné HPLC).

Príklad 3

Oddeľovanie laktulózy a laktózy pri rôznych hodnotách pH Zmes laktózy a laktulózy sa vedie elektrodialyzačnou jednotkou, schematicky znázornenou na obr. 1. Rýchlosť toku zmesi je 1,4 až 1,8 1/min..

V komore I cirkuluje roztok, ktorý sa má deliť, zatiaľ čo koncentrovaná zložka sa zhromažďuje v komore II. Komory A a C sú anódovými a katódovými komorami (elektródové komory).

Komory I a II sú oddelené anexovou membránou (typ Nepton, Serva), membrány medzi komorami C a I a komorami A a II sú katexového typu (typ Nafion. Berghof).

Pri týchto skúškach sa plní zásaditá ionexová živica (MP 62) buď len do komory I samotnej, alebo do komôr I a II.

Východiskové podmienky pri rôznych skúškach - experimentoch - sú zhrnuté v tabuľke II. Koncentrácia pre komoru I sa udáva v g/100 ml.

Tabuľka II

Komora

I	II	elektródy
Experiment	7,7 g Laktóza	0,1 mol/1	0,1 mol/1
III. 1	7,6 g Laktulóza 3,0 g kyselina boritá	Na₂so₄	Na₂S0₄
	pH 9,35 MP 62 živica	pH 6,47	pH 6,47
Experiment	6,8 g laktóza	0,1 mol/1	0,1 raol/1
III. 2	7,1 g laktulóza 2,3 g kyselina boritá	Na₂so₄	Na₂SO₄
Experiment	pH 4,03	pH 6,09	pa 6,09
III.3	7.3 g laktóza 7,1 g laktulóza 2.3 g kyselina boritá	H₂0 dest.	o,L mol/1 Na₂SO₄
	pH 9,27 MP 62 živica	pH 6,6 MP 62	pH 8,39
Experiment	7,0 g laktóza	H₂O dest.	o, 1 mol/1
ΙΙΪ.4	6,5 g laktulóza 2,1 g kyselina boritá		Na₂SO₄
	pH 4,3 MP 62 živica	pH 6,6 MP 62	pH 1,1

Rôzna voltáž sa používa medzi anódovou a katódovou komorou. Prúd sa udržiava konštantný 1,11 A.

Výsledky delenia v štyroch experimentoch sú uvedené v tabuľke III.

Tabuľka III	rýchlosť prenosu (%)
Experiment	Čas (hodiny)
laktóza	laktulóza	kyselina boritá
3.1	4	18.0	34, 5	51,3
	6	24,2	88, 7	86,3
3.2	4	8,4	69, 0	34,8
	6	15,1	100	58,5
3.3	4	16,2	24,2	42, 0
	11	23	100	100
3.4	4	9,5	35,0	27,6

Príklad 4

Delenie glukózy a fruktózy

Zmes glukózy a fruktózy sa podrobí elektrodialýze, ako je opísané v príklade 3.

Východiskové podmienky sú opísané v tabuľke IV. Koncentrácia v komore I sa udáva v g/100 ml.

Tabuľka IV

Experiment Komora

I II elektródy

4.1 3,5 g glukóza H₂o dest. 0,1 mol/1 H,SO₄

3,6 g fruktóza

2,5 g kyselina boritá pH 9,18 pH 5,72 pH 1,00

4.2

3.5 g glukóza H₂O dest. 0,1 mol/1 H₂SO₄

3,í 5 fruktóza

2.5 g kyselina boritá pH 9,13 pH 5,98 pH 1,13

MP 62 Živica

Výsledky dvoch samostatných skúšok sú uvedené v tabuľke V.

Tabuľka V

Experiment

Čas rýchlosť prenosu (t) (hodiny) glukóza fruktóza kyselina boritá

4.1 453,5

672,5

4.2 467,1

5,575,9

67,0 65,6

86,8 89,5

79,8 80,4

92,3 94,0

Priemyselná využiteľnosť

Elektrodialytické oddeľovanie organických zlúčenín zo zmesí po vytvorení ich komplexu so slabou kyselinou. Zvlášť vhodné napríklad na delenie cukrov.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Spôsob oddeľovania aspoň jednej organickej látky zo zmesi, ktorá obsahuje aj slabú kyselinu, schopnú reverzibilne vytvárať komplex s aspoň jednou uvedenou organickou látkou, pomocou elektrodialýzy v elektrodialyzačncj bunke alebo v rade elektrodialyzačných buniek, obsahujúcej dve elektródové komory oddelené komorami obsahujúcimi zmes, ktorá sa má deliť (diluátové komory) a výtokový roztok (koncentrátové komory), pričom komory sú oddelené pre ióny selektívnymi membránami, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedna z komôr nachádzajúcich sa medzi elektródovými komorami obsahuje makromolekulámu látku s nábojom.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že aspoň jedna z komôr nachádzajúcich sa medzi elektródovými komorami obsahuje zásaditý, kyslý alebo zmesový ionex.

3. Spôsob podľa nároku la 2, vyznačujúci sa t ý m , že organickou látkou je cukor.

4. Spôsob podľa nároku laž 3, vyznačujúci sa t ý m , že slabou kyselinou je kyselina boritá, kyselina germaničitá, kyselina kremičitá, olovičitan, ciničitan alebo hlinitan.

5. Spôsob podľa nároku laž 4, vyznačujúci sa t ý m , že sa navzájom delia dve alebo niekoľko organických látok, vytvárajúcich rôzne silné komplexy so slabou kyselinou.

6. Spôsob podľa nároku laž 4, vyznačujúci sa t ý m , že sa organická látka vo forme komplexu so slabou kyselinou oddeľuje od organickej látky, ktorá nie je vo forme komplexu.

7. Spôsob odstraňovania slabej kyseliny z roztoku, v ktorom časť organických látok vytvára so slabou kyselinou komplex, vyznačujúci sa tým, že sa použije spôsob podľa nároku 6.

8. Elektrodíalyzačné zariadenie na oddeľovanie aspoň jednej organickej látky zo zmesi, ktorá obsahuje aj slabú kyselinu, schopnú reverzibilne vytvárať komplex s uvedenou organickou látkou, pričom organickou látkou je cukor vybraný z laktulózy a laktózy a uvedené zariadenie zahrnuje anódovú a katódovú komoru, oddelené množstvom paralelne striedajúcich sa vnútorných koncentrátových a diluátových komôr, pričom susedné komory sú navzájom oddelené pre ióny selektívnou membránou a aspoň jedna z vnútorných komôr obsahuje zásaditú ionexovú živicu, vyznačujúce sa tým, že každá diluátová komora je oddelená od jej susedných komôr membránou vymieňajúcou katióny, ktorá je nasmerovaná ku katóde a membránou vymieňajúcou anióny, ktorá je nasmerovaná k anóde, a každá konccntrátová komora je oddelená od jej susedných komôr membránou vymieňajúcou katióny, ktorá je nasmerovaná k anóde a membránou vymieňajúcou anióny, ktorá je nasmerovaná ku katóde.