牛磺酸生产中粗品母液的电渗析分离工艺

牛磺酸生产中粗品母液的电渗析分离工艺
任举;王建峰
【摘要】通过对牛磺酸粗品母液进行预处理,改变牛磺酸粗品母液浓度、电渗析器的电极板电压以及试验前浓水罐自来水量三个变量来进行实验,发现分离时间越长,牛磺酸的回收率越为下降,可采用加大电极板电压来提高牛磺酸回收率;若增加浓水罐自来水量和加水稀释粗品母液也会缩短分离时间,提高牛磺酸回收率,但同时增加水的处理量.
【期刊名称】《安徽化工》
【年(卷),期】2016(042)004
【总页数】3页(P52-54)
【关键词】牛磺酸;预处理;电渗析器;分离工艺
【作者】任举;王建峰
【作者单位】江苏远洋药业股份有限公司,江苏苏州215531;江苏远洋药业股份有限公司,江苏苏州215531
【正文语种】中文
【中图分类】O623.736
牛磺酸（Taurine）又称牛胆酸，化学名为2－氨基乙磺酸，是人体内存在的一种具有多种生理功能的含硫非蛋白质氨基酸，是人体内最重要的氨基酸之一。

牛磺酸具有极其重要的生理功能，不仅参与维持正常机体内环境稳态，而且对中枢神经、心血管、消化、泌尿、免疫、内分泌、生殖等系统生理功能的正常发挥具有重要的
调节作用，几乎所有正常生理功能的维持和调节都需要牛磺酸的参与[1]。

牛磺酸在国外大量用作营养保健品和食品添加剂，随着世界化工产业的转移，我国已成为全球主要的牛磺酸生产国和出口国，2010年的出口量超过4万吨。

我国牛磺酸90%出口欧美和东南亚，出口量逐年增加。

牛磺酸产业链正在迅速发展，下游深加工产业使牛磺酸的需求量日益增大，含有牛磺酸的功能饮料、能量饮料深受人们尤其是从事健美运动人士的欢迎，含有牛磺酸的红牛饮料2009年全球销售接近30亿罐[2]。

因而研究牛磺酸的工艺改进对行业发展有着重要的经济和社会意义。

牛磺酸自发现以来，人们就在不断地探索其人工合成途径。

至今，有关牛磺酸的合成方法报道文献也较多。

目前我国工业化牛磺酸生产方法主要有乙醇胺法和环氧乙烷法，且两种工艺有一共同点：生产过程产生的母液中都含有无机盐和牛磺酸。

本文以乙醇胺法经酯化磺化合成牛磺酸为例，研究的牛磺酸粗品母液中（NH4）
2SO3与（NH4）2SO4总含量为40%左右，而牛磺酸含量为5%左右。

国内厂家现有工艺是采用浓缩后趁热抽滤去盐，由于（NH4）2SO3与（NH4）2SO4极易粘结，因而牛磺酸和无机盐的分离难以达到理想的效果，导致牛磺酸夹带于无机盐中,直接影响牛磺酸的收率,整个过程中消耗大量蒸汽，因而此法生产成本高。

其它分离方法主要有大孔吸附树脂法[3-4]、离子交换树脂脱盐法[5-6]、离子膜电渗析脱盐法[7-8]、结晶法及溶剂浸取法。

大孔吸附树脂法与离子交换树脂脱盐法，对牛磺酸除盐虽然有一定的效果，但是这两种方法都经常需要大量酸碱进行再生，环境污染较为严重；结晶法用作牛磺酸粗品母液作用很小；溶剂法牛磺酸体系中引入其它物质，带来二次分离的麻烦，所以不适合工业化生产的应用。

电渗析是利用半透膜的选择透过性来分离不同溶质粒子（如离子）的方法。

在直流电场作用下进行渗析时，溶液中的带电阴离子和阳离子分别通过阳膜与阴膜而迁移的现象称为电渗析。

由于牛磺酸在pH为5.7左右时是它的等电点，这时正好是两
性基本不导电物质，所以利用电渗析法对牛磺酸与无机盐进行分离，从理论上来讲是可行的。

本文拟通过先对牛磺酸粗品母液进行预处理，然后通过自制电渗析器对牛磺酸粗品母液中牛磺酸与无机盐进行分离，通过试验来验证工业化的可行性。

1.1 试剂与仪器
牛磺酸粗品母液（江苏远洋药业股份有限公司）；无水硫酸钠（分析纯，江苏永华精细化学品有限公司）。

电渗析器（自制）；1000mL布氏漏斗（江苏永华精细化学品有限公司）；5000mL滤瓶（江苏永华精细化学品有限公司）；12.5cm中速滤纸（辽宁省抚顺民政滤纸厂）；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（上海丞明仪器设备有限公司）；雷磁PHS-3C pH计（上海精密科学仪器有限公司）；FG3-B电导率仪（梅特勒-托利多（上海）有限公司）。

1.2 电渗析的实验原理及条件
1.2.1 电渗析脱盐的原理
电渗析器是利用电渗析现象，使牛磺酸粗品母液电解质硫酸铵与亚硫酸铵在电渗析器的隔室中发生离子迁移，牛磺酸粗品母液中阴阳离子分别通过阴阳离子交换膜而达到淡化和浓缩的目的。

当牛磺酸粗品母液含有硫酸铵与亚硫酸铵水溶液时，通过装有阴阳离子交换膜、浓淡水隔板交错排列而构成的电渗析器隔室时，在直流电场的作用下产生离子迁移，阴离子亚硫酸根离子与硫酸根离子往阳极方向迁移，阳离子铵根离子往阴极方向迁移，如图1牛磺酸粗品母液电渗析脱盐原理图所示。

由于离子交换膜具有选择透过性，阴离子交换膜只能让阴离子通过，阳离子交换膜只能让阳离子通过，因此，淡化隔室中的阳离子向阴极方向迁移，透过阳膜进入浓缩隔室，淡化隔室中的阴离子向阳极方向迁移，透过阴膜进入浓缩隔室。

而在浓缩隔室中的阴阳离子，也同样在直流电场的作用下，分别向阴极和阳极方向迁移，但由
于受到隔室两侧阴阳离子交换膜的阻挡，使硫酸铵与亚硫酸铵仍留在浓缩室中，这样，浓缩室中的含量逐渐升高，而淡化隔室中的含盐量逐渐降低，同时由于牛磺酸导电率很小，基本都在淡室。

电渗析器是由多层浓缩隔室和淡化隔室交替组成的，其中一半是淡化隔室，另一半是浓缩隔室，通过隔板边缘特设的孔道，分别将各浓淡隔室的水流汇集成浓水和淡水系统。

1.2.2 牛磺酸粗品母液电渗析试验前的预处理
（1）调节pH至牛磺酸的等电点
工业牛磺酸的粗品母液10L测pH为5.5，加微量硫酸调至牛磺酸的等电点pH为5.7。

（2）牛磺酸的粗品母液精细过滤
将10L牛磺酸的粗品母液缓慢加入带负压的滤瓶上方的1000mL布氏漏斗中，常温下进行精细过滤。

1.2.3 电渗析极水的配制
用无水硫酸钠配制5kg 2%的硫酸钠水溶液作为冷却和保护电极板的极水。

1.3 实验步骤
（1）对牛磺酸的粗品母液检测，测得母液中硫酸铵与亚硫酸铵总的质量分数为41.8%，牛磺酸含量为5.3%。

测得原水电导率为899ms/cm，之后将牛磺酸的粗品母液加入至电渗析品的原水罐中，浓水罐加入自来水，极水罐加入5L2%的硫酸钠水溶液。

（2）依次开启极水泵、原水泵和浓水泵，之后调整极水泵、原水泵和浓水泵的流量分别为200L/h、500L/h和500L/h。

（3）待流速稳定后，开启电极电源启动按钮，缓慢调整电压规定值，然后记录试验中浓水量、原水量、原水的电导率（ms/cm）、浓水的电导率（ms/cm）与脱盐时间（h），待原水罐内的导电率降至0.5ms/cm以内，关闭电渗析器，检测原
水中牛磺酸含量以及浓水的硫酸铵与亚硫酸铵总的质量分数。

通过改变牛磺酸粗品母液浓度、电渗析器的电极板电压以及试验前浓水罐自来水量三个变量来进行实验，考查对牛磺酸回收率以及分离时间的影响。

（1）在牛磺酸粗品母液5kg、硫酸铵与亚硫酸铵总的质量分数为41.8%（牛磺酸含量为5.3%）及电渗析器的电极板电压25V不变的条件下，考查实验前浓水罐自来水量的不同对牛磺酸回收率以及分离时间的影响，结果见表1。

（2）在实验前浓水罐自来水量5kg与电渗析器的电极板电压25V不变的条件下，考查5kg牛磺酸粗品母液通过加自来水调节不同的浓度对牛磺酸回收率以及分离
时间的影响，结果见表2。

（3）在牛磺酸粗品母液5kg，硫酸铵与亚硫酸铵总的质量分数为41.8%（牛磺酸含量为5.3%）及实验前浓水罐自来水量5kg不变的条件下，考查电渗析器的电极板电压对牛磺酸回收率以及分离时间的影响，结果见表3。

（4）通过改变实验前浓水罐自来水量、牛磺酸粗品母液的浓度以及电渗析器的电极板电压三个变量进行实验，结果表明，实验前浓水罐自来水量越多，分离的时间就越短，牛磺酸的回收率就越高；牛磺酸粗品母液通过加自来水调节浓度越低，分离的时间就越短，牛磺酸的回收率就越高；电渗析器的电极板电压越大，分离的时间越短，牛磺酸的回收率就越高。

通过电渗析器对牛磺酸粗品母液中牛磺酸与无机盐进行分离，分离的时间越长，牛磺酸就会逃逸至浓水中去，直接导致了牛磺酸的回收率下降；只有加大电极板电压，缩短分离时间来降低牛磺酸的逃逸率。

而降低牛磺酸粗品母液浓度和增加浓水罐自来水量，对于工业生产来讲无疑又加大了处理量。

因此，需要在原有基础上继续进行摸索，以便找到回收率、分离时间的最佳点。

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