Способ локализации катализатора в пористой асимметричной мембране

 

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

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 0 61/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4202986/26 (86) РСТ/US 86/02089 (08.10.86) (22) 10.06.87 (46) 07.01,93. Бюл, ¹ 1 (31) 786764 (32) 11,10,85 (33) US (71) Сепракор, Инк, (US) (72) Стерен Л.Мэтсон (Я) (56) Патент США N 4266026, кл. В 01 0 13/00, 1974, (54) СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ КАТАЛИЗАТОРА В ПОРИСТОЙ АСИММЕТРИЧНОЙ

МЕМБРАНЕ (57) Изобретение относится к мембранным каталитическим реап орам 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, СпоИзобретение 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, „„. Ы,, 1787044 А3 соб 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 B nopax 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.

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 имеютдостаточно 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.

1787044

10

20

Поры в положке 2 существенно крупнее (от 0,02 до нескольких мкм), что позволяет свободно проходить через них частицам катализатора. B 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 стороны 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, растворенных в органических жидкостях, способ осуществляют в том же порядке, только мембрану выполняют из гидрофобного материала.

Пример . Полые волокна из полиакрилонитрила, 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 прокачивание вдоль крупнопористой подложки феноксиацетатметинового эфира под избыточным давлением 0,455 ат. Со стороны плотного слоя прокачивали 0,1 м раствор

МаНСОз при рН 7,8.

Конверсию и скорость реакции непрерывно регистрировали по потреблению гидроксида 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 ь продукта, В ходе 5-суточного непрерывного эксперимента было показано отсутствие ферментивной 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 инактивированный фермент. Для повторного заполнения мембраны катализатором 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 проведения 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, о т л ич а ю шийся 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 и. 1, отличающийся тем, что после. замены жидкости первого потока давление в ней поддерживают более высоким, чем давление в жидкости второго

llGTOKB.

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

1787044

4. Способ по и. 1, отличающийся жидкости, а продукты выводят из первого тем, что реэгенты вводят во второй поток потока жидкости.

Составитель А, Свитцов

Редактор Т. Хорина Техред M,Moðãåíòàë Корректор Н, Кешеля

Заказ 261 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский KQM6NHBT Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101