Способ локализации катализатора в пористой асимметричной мембране Советский патент 1993 года по МПК B01D61/00 

Изобретение относится к мембранным каталитическим реакторам и может быть использовано для осуществления химических или биохимических реакций в многофазных реакционных системах.

Целью изобретения является снижение потерь катализатора как при введении катализатора в мембрану, так и при проведении каталитической реакции.

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

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

VI

00 VJ

g

4

GO

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

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

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

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

При локализации катализаторов, рас- творенных в органических жидкостях, способ осуществляют в том же порядке, только мембрану выполняют из гидрофобного материала.

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

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

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

В случае дезактивации фермента и необходимости его замены положительное давление накладывают на водный раствор со стороны плотного слоя, вызывая конвекционный поток через мембрану, с которым из стенок волокна удаляется инактивиро- ванный фермент. Для повторного заполнения мембраны катализаторам воспроизводят описанные выше стадии.

Формула изобретения

1. Способ локализации катализатора в пористой асимметричной мембране, имеющей первую поверхность с малыми порами, пропускающими молекулы реагентов и продуктов, и вторую поверхность с большими порами, пропускающими молекулы катализатора, реагентов и продуктов, для проведе- ния каталитической реакции путем прокачивания первого потока жидкости вдоль второй поверхности пористой мембраны и прокачивания второго смачивающей мембрану жидкости вдоль первой поверхности пористой мембраны путем ввода катализатора в первый поток жидкости и его задержания в порах мембраны при фильтровании первого потока через нее, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь катализатора, в качестве жидкости в первом потоке при вводе в нее катализатора используют жидкость, смачивающую вторую поверхность пористой мембраны, а после задержания катализатора в порах мембраны ее заменяют на жидкость, которая не смешивается с жидкостью второго потока и в которой катализатор не растворяется.

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

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что реагенты вводят в первый поток жидкости, а продукты выводят из второго потока жидкости.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что реагенты вводят во второй поток

жидкости, а продукты выводят из первого потока жидкости.

Изобретение относится к мембранным каталитическим реакторам и может быть использовано для осуществления химических или биохимических реакций в многофазных реакционных системах. Целью изобретения является снижение потерь катализатора как при введении его в мембрану, так и при проведении каталитической реакции, Способ заключается в том, что вначале со стороны крупнопористой подложки гидроильной анизотропной мембраны подают под избыточным давлением водный раствор катализатора, При этом частицы катализатора входят в поры подложки и задерживаются в теле мембраны, поскольку малые поры плотного слоя их не пропускают. Затем водный раствор катализатора вытесняют органической реагентной жидкостью, не смешивающейся с водой, и прокачивают ее вдоль пористой подложки мембраны под избыточным давлением. Реакция проходит в порах мембраны, продукты реакции выходят в водную фазу, прокачиваемую вдоль плотного слоя мембраны. При этом потерь катализатора не происходит. Возможно использование мембраны из гидрофобного материала и загрузка катализатора из раствора органической жидкости с последующей заменой ее водным раствором. 3 з. п. ф-лы, 2 ил. ел с

Фиг.1