PL168312B1 - Sposób oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny dwóch lub wiecej sub- stancji organicznych, z których co najmniej dwie sa cukrami poprzez elektrodialize w obec- nosci materialu jonowymiennego, znamienny tym, ze do mieszaniny zawierajacej co naj- mniej dwa cukry dodaje sie slaby kwas odwracalnie tworzacy kompleks z przynajmniej jed- nym cukrem a nastepnie wytworzony kompleks oddziela sie z mieszaniny na drodze elek trodializy. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny.

Oddzielanie co najmniej jednej substancji organicznej z mieszaniny jest możliwe, gdy wykorzystuje się właściwość tej substancji do tworzenia korzystnie odwracalnego związku kompleksowego ze słabym kwasem. Różne substancje organiczne tworzą związki kompleksowe o różnej mocy kompleksowania ze słabym kwasem. Dlatego te związki kompleksowe mają różne właściwości elektrostatyczne lub elektrodynamiczne. Sposób oddzielania substancji organicznych można opierać na wyodrębnieniu związków kompleksowych z mieszaniny za pomocą oddzielania z wykorzystaniem chromatografii jonowymiennej, tak jak opisano w patencie US nr 2 818 851. Roztwór mieszaniny, zawierającej substancje wielowodorotlenowe zespolone z jonem boranu, doprowadza się do kolumny, zawierającej jonit zasadowy. Następnie kompleksowe związki substancji organicznych wymywa się z kolumny za pomocą odpowiedniego płynu wymywającego, czyli eluentu.

Ze stanu techniki znane są sposoby oddzielania substancji organicznych z mieszanin z zastosowaniem elektrodializy. Przykłady takich sposobów zostały szczegółowo opisane w pracy zbiorowej pod red. K. W. Czmutowa Wymiana jonowa i jej zastosowanie PWN 1962 r. rozdział 6 oraz w pozycji Polimery czynne w inżynierii ochrony środowiska Arkady 1978 r. T. Winnicki - rozdział 5. W rozdziale 5 w/w pozycji opisane jest np. oczyszczanie ścieków celulozowo-papierniczych w elektrodializerze wielokomorowym składającym się z naprzemianległych membran kationowymiennych, anionowymiennych i obojętnych oraz odzyskiwanie składników mineralnych (w technologii papierniczej) z ługów posulfitowych przy zastosowaniu elektrodializy Oddzielanie z mieszaniny za pomocą elektrodializy opiera się na ruchu jonów poprzez jedną lub więcej membran, które są selektywne dla jonów, pod działaniem jednokierunkowego prądu elektrycznego, tj. prądu stałego. W tym celu można stosować membrany kationo-selektywne albo membrany aniono-selektywne, można tez wykorzystywać membrany dwubiegunowe, poprzez które mogą przemieszczać się zasadniczo tylko protony i jony wodorotlenowe. Zależnie od konkretnego zastosowania, komórka elektrodialityczna może zawierać przedział katodowy i przedział anodowy oraz opcjonalną liczbę przedziałów pośrednich, oddzielanych membranami jono-selektywnymi. Membrany jono-selektywne są rozsunięte i oddzielone uszczelkami, tworzącymi przedziały dla cieczy.

Wiele komórek można łączyć aby tworzyły układ, czyli tak zwany stos elektrod^ialityczny.

Aby przeciwdziałać warstwom zastosowanym lub stagnacyjnym w przedziałach komórki elektrodializera, można odpowiednie roztwory wprowadzać w obieg poprzez zbiornik zewnętrzny.

W stosie elektrodialitycznym zawierającym np. do kilkuset przedziałów diluatu i koncentratu, przedziały te mogą być naprzemiennie umieszczane i są między przedziałami elektrodo168 312 wymi, a substancje rozpuszczone płyną poprzez wiele przedziałów diluatu i przedziałów koncentratu, przy czym są one odpowiednio łączone.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny z wykorzystaniem elektrodializy w obecności materiału jonowymiennego.

Sposób oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny dwóch lub więcej substancji organicznych, z których co najmniej dwie są cukrami poprzez elektrodializę w obecności materiału jonowymiennego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do mieszaniny zawierającej co najmniej dwa cukry dodaje się słaby kwas odwracalnie tworzący kompleks z przynajmniej jednym cukrem a następnie wytworzony kompleks oddziela się z mieszaniny na drodze elektrodializy.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się słaby kwas z grupy obejmującej kwas borowy, kwas germanowy, kwas krzemowy, ołowiany, cyniany i gliniany. Jako cukier stosuje się cukier wybrany z grupy obejmującej glukozę, fruktozę, laktulozę i laktozę.

Opracowując sposób według wynalazku nieoczekiwanie stwierdzono, że możliwe jest przeprowadzenie elektrodializy przy udziale materiału jonowymiennego, w obecności słabego kwasu zdolnego do odwracalnego tworzenia kompleksu z co najmniej jednym cukrem w mieszaninie.

Stosując sposób według wynalazku uzyskano bardzo dobre wyniki oddzielenia substancji z mieszanin, np. usuwając kwas bomy z roztworu po 15 godzinach elektrodializy jego ilość w roztworze była mniejsza niż 100 ppm.

Typowa komórka elektrodialityczna, odpowiednia do sposobu oddzielania według wynalazku ma układ, który składa się z dwóch przedziałów elektrodowych, oddzielonych przedziałami, zawierającymi oddzielaną mieszaninę czyli diluat oraz roztwór eluatu czyli koncentrat. Przedziały te oddziela się jeden od drugiego i od przedziałów elektrodowych membranami jonowymiennymi.

Sposób według wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania, gdzie oddzielanie wykonuje się w stosie lub komórce elektrodialitycznej, przy czym co najmniej jeden z przedziałów między przedziałami elektrodowymi zawiera materiał o ładunku wielocząsteczkowym taki jak polielektrolit lub żywica jonowymienna, czyli jonit organiczny, taki jak albo żywica aniono-wymienna, albo żywica kationo-wymienna, albo żywica złoża mieszanego, także określa się elektrodializer, zawierający żywicę jonowymienną, jak wyżej opisano.

Kwas stosowany w sposobie według wynalazku jest słabym kwasem i powinien odwracalnie tworzyć związek kompleksowy z substancją organiczną, która ma być oddzielana.

Oddzielanie substancji organicznych według wynalazku występuje najbardziej wydajnie w warunkach, gdy między substancjami występują różne moce kompleksowania ze słabym kwasem.

Składy chemiczne roztworów w przedziałach komórki można zmieniać, aby wzmagać oddzielanie różnych substancji organicznych. Na przykład, można zmienić pH, aby dokładnie dopasować wiązanie słabego kwasu z substancjami organicznymi.

Sposób według wynalazku jest szczególnie odpowiedni do oddzielenia biegunowych substancji organicznych, zwanych substancjami polarnymi. Zwłaszcza sposób ten można stosować do oddzielania polioli, takich jak cukry. Przykładami cukrów, które można oddzielać, są 1,2-diole, takie jak mannit, glukoza, fruktoza, maltuloza oraz 1,3-diole, takie jak 2,2-dwumetyloheksanodiol-1,3. Ponadto, oddzielanie to można stosować do frakcji cukrowych lub mieszanin cukrowych, które otrzymuje się np. podczas produkcji laktulozy z laktozy lub przetwarzania glukozy na fruktozę. Poza oddzielaniem z mieszaniny substancji organicznych cukrów, sposób według wynalazku może służyć kilku celom. Zwłaszcza ma on zastosowanie po procesach chemicznych, gdy produkt reakcji zawiera zarówno substancje wyjściowe i produkty przetwarzania, które wykazują zróżnicowaną tendencję do tworzenia kompleksów słabym kwasem. Ponadto sposób według wynalazku można stosować, kiedy produkt reakcji zawiera mieszaninę produktów o różnicowej mocy wiązania ze słabym kwasem

W odmianie sposobu według wynalazku usuwa się zanieczyszczający słaby kwas z mieszaniny substancji organicznej, przy czym część substancji organicznej tworzy związek komp4

168 312 leksowy ze słabym kwasem. Usuwania dokonuje się oddzielając organiczną substancję tworzącą kompleks z kwasem od substancji organicznej nie związanej w kompleks.

Przykład I. Oddzielanie laktulozy i laktozy elektrodializą.

Laktuloza i laktoza są oddzielane w urządzeniu elektrodializy, obejmującym układ o trzech przedziałach, np. typu BEL-2 firmy Berghof.

Środkowy przedział napełnia się słabo zasadowym materiałem jonowymiennym typu MP62 firmy Bayer. Przedział katodowy napełnia się 0,1 mol/l NaOH, a przedział anodowy 0,1 mol/l Na₂SO₄. Przedział katodowy oddziela się od wewnętrznego przedziału membraną kationową, natomiast przedział anodowy oddziela się od wewnętrznego przedziału membraną anionową.

Mieszanina laktozy, laktulozy i kwasu borowego przepływa wewnętrznym przedziałem.

Zależność napięcia i prądu w funkcji czasu jest przedstawiona w tabeli 1.

Tabela 1

Przebieg prądowo-napięciowy podczas oddzielania elektrodialitycznego laktozy i laktulozy

t/min/	30	45	60	75	90	105	120	160	180	210	240	270
I	0,88	0,83	0,76	0,67	0,58	0,52	0,50	0,26	0,20	0,21	0,21	0,19
V	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8	49,8

Na początku doświadczenia stosunek laktozy do laktulozy w środkowym przedziale wynosił 1:1.

Po elektrodializie przez 4,5 godziny, stosunek laktozy do laktulozy wyniósł 3:1 w diluacie oraz 1:1,5 w koncentracie. Oddzielanie można poprawić powtarzaną elektrodializę otrzymanego roztworu.

Analogicznie zamiast kwasu borowego można zastosować kwas krzemowy, germanowy, ołowiany, cyniany.

Przykład II. Usuwanie kwasu borowego elektrodializą.

Aby usunąć przez oddzielenie kwas borowy, jako związek kompleksowy z substancją organiczną, można stosować urządzenie elektrodialityczne, jak w przykładzie I.

Przykład wykonania sposobu według wynalazku obejmuje wyjściowy roztwór w wewnętrznym przedziale, zawierający 0,59 g kwasu borowego/ml oraz 4,26 g dwusacharydu/100 ml.

Po 15 godzinach elektrodializy, ilość kwasu borowego w roztworze była mniejsza niż 100 ppm co nie jest wykrywalne chromatografią ciśnieniową.

Przykład III. Oddzielanie laktulozy i laktozy przy różnych wartościach pH.

Mieszanina laktozy i laktulozy przepływa poprzez urządzenie do elektrodializy, jak na fig. 1. Natężenie przepływu mieszaniny jest od 1,4 do 1,8 l/min.

W przedziale I oddzielony roztwór jest w obiegu, natomiast składnik zagęszczany gromadzi się w przedziale II. Przedziały A, C są odpowiednio przedziałem anodowym i przedziałem katodowym, czyli przedziałami elektrodowymi.

Przedziały I, II są rozdzielone membraną amonitową, np. typu Nepton, Serva. Membrany odpowiednio między przedziałami C, I i A, II są typu kationitowego, np. Nafton, firma Berghof.

W doświadczeniach wykonanych, zasadowa żywica jonowymienna, np. MP62 albo była tylko w samym przedziale I, albo była w obydwu przedziałach I, Π.

Początkowe warunki różnych doświadczeń przedstawiono w tabeli 2.

Stężenie dla przedziału I są wyrażone w g/100 ml.

168 312

Tabela 2

Doświadczenie	Przedział	Elektrody
I	Π
	7,7 g laktoza	0,1 mol/l	0,1 mol/l
	7,6 g laktuloza	Na2SO4	Na2SO4
Doświadczenie III. 1	3,0 g kwas borowy
	pH 9,35	pH 6,47	pH 6,47
	MP62 żywica
	6,8 g laktoza	0,1 mol/l	0,1 mol/l
	7,1 g laktuloza	Na2SO4	Na2SO4
Doświadczenie III. 2	2,3 g kwas borowy
	pH 4,03	pH 6,09	pH 6,09
	MP62 żywica
	7,3 g laktoza		0,1 mol/l
	7,1 g laktuloza	H2O destyl	Na2SO4
Doświadczenie III. 3	2,3 g kwas borowy
	pH 9,27	pH 6,6	pH 8,39
	MP62 żywica	MP62
	7,0 g laktoza	H2O destyl	0,1 mol/l
	6,5 g laktuloza		Na2SO4
Doświadczenie III.4	2,1 g kwas borowy
	pH 4,3	pH 6,6	pH 1,1
	MP62 żywica	MP62

Między przedziałami anodowym i katodowym było regulowane napięcie. Natężenie prądu elektrycznego było stałe i wynosiło odpowiednio 1,11 A. Otrzymane wyniki oddzielania zestawiono w tabeli 3.

Tabela 3

Nr doświadczenia	Czas (godz.)	Ilość przenoszenia (%)
laktoza	laktuloza	kwas borowy
3.1	4	18,0	34,5	51,3
	6	24,2	88,2	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

168 312

Przykład IV. Oddzielanie glukozy i fruktozy.

Doprowadzono mieszaninę glukozy i fruktozy do elektrolizy, tak jak w przykładzie III. Wyjściowe warunki przedstawiono w tabeli 4. Stężenia dla przedziału I są wyrażone w g/100 ml.

Tabela 4

Nr doświadczenia	Przedział	Elektrody
I	Π
4.1	3.5 g glukoza 3.6 g fruktoza 2,5 g kwas borowy	H2O destyl	0,1 mol/l H2SO4
	pH 9,18	pH 5,72	pH 1,00
4.2	3.5 g glukoza 3.6 g fruktoza 2,5 g kwas borowy	H2O destyl	0,1 mol/l H2SO4
	pH 9,13 MP żywica	pH 5,98	pH 1,13

Wyniki dwóch doświadczeń oddzielania przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5

Nr doświadczenia	Czas (godz.)	Ilość przenoszenia (%)
glukoza	fruktoza	kwas borowy
4.1	4	53,5	67,0	65,6
	6	72,5	86,8	89,5
4.2	4	67,1	79,8	80,4
	5,5	76,9	92,3	94,0

Zbliżone wyniki oddzielenia uzyskano stosując zamiast kwasu borowego kwas germanowy, krzemowy, ołowiany, cyniany, gliniany.

168 312

168 312

Fig I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oddzielania co najmniej jednego cukru z mieszaniny dwóch lub więcej substancji organicznych, z których co najmniej dwie są cukrami poprzez elektrodializę w obecności materiału jonowymiennego, znamienny tym, ze do mieszaniny zawierającej co najmniej dwa cukry dodaje się słaby kwas odwracalnie tworzący kompleks z przynajmniej jednym cukrem a następnie wytworzony kompleks oddziela się z mieszaniny na drodze elektrodializy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się słaby kwas z grupy obejmującej kwas borowy, kwas germanowy, kwas krzemowy, ołowiany, cyniany i gliniany.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się cukier wybrany z grupy obejmującej glukozę, fruktozę, laktulozę i laktozę.