[发明专利]用于脱酸的基于聚苯并咪唑的膜

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及基于聚苯并咪唑的膜。本发明还涉及用于制备所述膜的方法和使用所述膜进行脱酸的方法。更具体地，本发明涉及经由基于聚苯并咪唑(PBI)的聚合物膜进行的酸的传输。

背景和现有技术

对于从溶液中分离酸成分，文献中报道了多种方法，如电渗析(ED)、全蒸发(PV)、溶剂萃取(SE)、酯化、真空蒸馏等。

美国专利5,786,185；美国专利5,968,362；美国专利6,419,828；欧洲专利EP0265409公开了使用固体或液体阴离子交换剂在水或适当的有机溶剂存在下回收酸的方法，其中酸与离子交换剂结合并且从含有其它非-酸成分或杂质的溶液中被除去，并且通过适当的溶液或溶剂将结合的酸洗脱。

酸纯化的另一方法是通过用选择性的或优选地除去酸的溶剂萃取，且其公开在美国专利5,089,664；美国专利6,087,532和美国专利5,959,144中。

美国专利4,885,247公开了使用带电荷的阳离子和阴离子膜除去离子化合物(如不同酸的盐)的电渗析方法。还报道了用于从有机酸的溶液中回收有机酸的双极性电渗析方法(美国专利6,280,985；美国专利6,319,382B 1；美国专利6,294,066)。

美国专利6,534,679公开了通过使有机酸与适当的醇酯化、酯的蒸馏然后将酯水解以获得纯酸而纯化有机酸的方法。

使用适当的膜的全蒸发也用于除去或浓缩挥发性有机和无机酸(韩国专利KR 9511091B1；德国专利DE 4409906C1；美国专利4,892,661A)。

美国专利6,489,508B1和中国专利1335294公开了通过使用高真空以短程蒸馏方式进行蒸馏而除去包括诸如乳酸的酸在内的有机化合物的方法。

由于对环境关切的日益增长，通过萃取或离子交换从复杂混合物中除去酸的一些化学方法正在被诸如膜方法和蒸馏等的物理方法取代。

现有的用于从发酵液中除去有机酸的方法的缺点如下：

用于回收酸的常规方法具有一些限制，例如需要多步方法以回收酸，高能量需求，产生大量不溶性无机盐、工艺限制(由诸如沸点、分配系数等物理性质造成)、分离速率和选择性。

在使用钙盐从发酵液中回收乳酸和柠檬酸的常规方法中，主要的问题是产生大量不溶性硫酸钙。

在使用固体离子交换剂的离子交换法中，需要使用化学品以再生离子交换树脂，这产生废液流。这还造成不期望的产物流的稀释。此外，不能将进料直接加载至体系，且需要澄清化和清洁化。在使用诸如三辛基胺的液体胺作为萃取剂的情况下，萃取液的再生需要碱或加热，且会导致胺的损失。此外，废液流中的未回收的胺有毒，并成为环境问题。这种胺相对高的成本也是其在工业水平应用中的障碍。

在通过电渗析进行脱酸或酸浓缩的情况下，在充入电渗析电池之前需要对进料进行处理。电渗析电池的容量(capacity)也会由于Ca⁺⁺或Mg⁺⁺离子沉积在膜上而下降。在某些情况下，尤其是在有机酸的发酵生成期间(此时使用碱来维持pH)，由于死亡的可能性增加，细胞培养物再循环回发酵罐的可能性下降。在很多关于电渗析的文献报道中，还充分证明了水、糖和蛋白质从进料跨过膜的传输。因此，传输的酸还含有某些不想要的杂质。更重要地，基于电渗析的分离需要大量电能是该方法的主要缺点。

在常规的中和的情况下，盐的形成可以是不利的，因为其保留在溶液中。这样的盐会产生纯化和处理问题，并且能够导致环境污染。此外，该方法不允许酸的再利用。

在使用短程和高真空的蒸馏中，一些不想要的挥发性化合物被蒸馏并成为馏出液中的杂质，其随后会变得难以除去。

发明目的

本发明的目的是提供基于聚苯并咪唑的膜，其中通过沥滤掉(leaching out)芳香族聚酯成分帮助产生多孔性。

本发明的另一目的是提供具有芳香族聚酯成分的聚苯并咪唑膜，其中在使用该膜之前将芳香族聚酯成分除去。

本发明的再另一目的是提供具有芳香族聚酯成分的聚苯并咪唑膜，其中在使用该膜进行脱酸之前将芳香族聚酯成分除去。

本发明的另一目的是提供使用基于聚苯并咪唑的膜进行脱酸的一步法。

本发明的另一目的是提供具有高选择性且不形成不溶性盐而分离酸的脱酸方法。

本发明的另一目的是提供用于脱酸的膜，其在变化的温度和酸浓度下稳定。

发明概述