一种应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生产牛磺酸的方法，具体涉及一种应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法。
【背景技术】
[0002]牛磺酸又名2-氨基乙磺酸，是一种特殊的氨基酸，是人体必不可少的一种营养元素，有着平衡健康的奇妙功效，其具有多种生理功能，是人体健康必不可少的一种营养素；我国牛磺酸主要用于医药，作为食品营养也逐步被国人所认识与接受，市场需求的逐渐增力口，势必找出一条经济和环境可行的生产方法。
[0003]目前，牛磺酸制备的主要方法有二氯乙烷法、乙撑亚胺法、乙醇胺法、环氧乙烷法等，其中二氯乙烷法、环氧乙烷法物料中产生大量盐分，分离困难、易造成环境污染且无法完全回收牛磺酸；因此，有必要于开发一条环境友好型且回收率高的生产工艺的研究。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种操作方便、效果良好、无废水排放、回收率高的分离生产牛磺酸的环保方法。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明所提供的生产牛磺酸的方法，包括以下步骤:
(1)将硫酸钠水溶液通入双极性离子交换膜电渗析器的阳极室和阴极室，同时将水和浓度为8-10%的牛磺酸钠水溶液分别通入双极性离子交换膜电渗析器的碱室和料液室；在直流电场的作用下，阳极室内的钠离子进入碱室与双极膜将水解离出的氢氧根离子结合成氢氧化钠，双极膜将水解离出的氢离子在料液室内与牛磺酸根离子结合成牛磺酸，料液室内的钠离子则进入阴极室；从阳极室和阴极室流出的为硫酸钠水溶液，从碱室流出的为氢氧化钠溶液，从料液室流出的为牛磺酸水溶液；
(2)浓缩步骤(I)中所得的牛磺酸水溶液并使之析出结晶产物，滤出结晶产物即得牛磺酸。
[0006]步骤(I)的操作电流密度为40-800 A/m2,工作温度为5_45 °C。优选操作电流密度为400-500 A/m2，工作温度为20-35 °C。
[0007]所述硫酸钠水溶液的浓度为0.1%-32.8%，优选硫酸钠水溶液的浓度为8%_10%。
[0008]所述双极性离子交换膜电渗析器内的硫酸钠水溶液的流速为0.1-10 cm/s、优选3-8 cm/s ;水的流速为0.l-10cm/s、优选3-5 cm/s ;牛磺酸钠水溶液的流速为0.l-10cm/s、优选 3-5 cm/s。
[0009]本发明的硫酸钠水溶液作为导电介质使用，在电场的作用下，阳极室中的硫酸钠水溶液中的一部分钠离子穿过阳离子膜进入碱室与双极膜将水解离出的氢氧根离子结合成氢氧化钠，氢氧化钠随碱室中的水以氢氧化钠溶液的形式流出碱室出口，双极膜将水解离出的氢离子在料液室内与牛磺酸钠溶液中的牛磺酸根离子结合成牛磺酸，以牛磺酸溶液的形式从料液室的出口流出，而料液室内的牛磺酸钠溶液中的钠离子则通过阳离子膜进入阴极室并随其内的硫酸钠水溶液流出，从阳极室和阴极室流出的硫酸钠水溶液汇流后再循环使用。
[0010]本发明采用双极性离子交换膜电渗析器生产牛磺酸和氢氧化钠，完全取代了传统的硫酸或盐酸酸化工艺，提取过程利用双极性离子交换膜水解离出的氢离子，无需外加酸，节省了酸的投入，同时无副产物硫酸钠或氯化钠的产生，废水达到环保要求，使分离提纯更简单易行，不仅降低了生产成本，而且降低了废液的后处理工艺难度。
[0011]本方法采用双极性离子交换膜电渗析技术，为牛磺酸的生产开辟了一条新的工艺过程；整个生产过程采用封闭式循环，无污染物的排放，且生产过程中不需要添加大量的化学试剂，是一个绿色工程的环保技术。且本方法具有模块化双极性离子交换膜单元，生产周期短，操作简单，大大降低了劳动强度，且产品纯度高，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1是双极性离子交换膜电渗析器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，双极性离子交换膜电渗析器包括依次设置的阳极室端板1、阳极室隔板框2、碱室隔板框3、料液室隔板框4、阴极室隔板框5和阴极室端板6 ;阳极室隔板框2、碱室隔板框3、料液室隔板框4和阴极室隔板框5的结构相同，均为由四块边板依次首尾相接而成的中部通透的板框结构；阳极室端板1、阳极室隔板框2、碱室隔板框3、料液室隔板框4、阴极室隔板框5和阴极室端板6依次贴紧的连接在一起，阳极室隔板框2和碱室隔板框3之间夹持有阳极端阳离子膜7，碱室隔板框3和料液室隔板框4夹持有双极膜8，料液室隔板框4和阴极室隔板框5之间夹持有阴极端阳离子膜9 ;阳极室端板1、阳极室隔板框2和阳极端阳离子膜7围成封闭的阳极室10，阳极端阳离子膜7、碱室隔板框3和双极膜8围成封闭的碱室11，双极膜8、料液室隔板框4和阴极端阳离子膜9围成料液室12，阴极端阳离子膜9、阴极室隔板框5和阴极室端板6围成阴极室13 ;阳极室端板I上连接有阳极板14，阳极板14上连接有穿出阳极室端板I的阳极接线柱15，阴极室端板6上连接有阴极板16，阴极板16上连接有穿出阴极室端板6的阴极接线柱17 ;阳极室隔板框2的上部和下部分别设有阳极室出口 18和阳极室入口 19，阴极室隔板框5的上部和下部分别设有阴极室出口 20和阳极室入口 21，阳极室出口 18和阴极室出口 20通过出液管22连通，出液管22上设有出液口 23;阳极室入口 19和阳极室入口 21通过进液管24连通，进液管24上设有进液口 25 ;碱室隔板框3的上部和下部分别设有碱室出口 26和碱室入口 27，料液室隔板框4的上部和下部分别设有料液室出口 28和料液室入口 29。将阳极接线柱15和阴极接线柱17分别与直流电源(图中未示出)的正极和负极进行连接即可使用。所述的阳离子交换膜和双极膜为现有产品，例如可以采用山东天维膜技术有限公司生产的产品。
[0014]下面结合上述结构的双极性离子交换膜电渗析器，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0015]实施例1
制备牛磺酸的步骤如下:
(I)在温度20°c的条件下，将浓度为8%的硫酸钠水溶液通过进液口 25和进液管24连续送入双极性离子交换膜电渗析器的阳极室和阴极室，同时将水和浓度为8%的牛磺酸钠水溶液分别通过碱室入口 27和料液室入口 29连续送入双极性离子交换膜电渗析器的碱室11和料液室12 ;控制硫酸钠水溶液、水和牛磺酸钠水溶液的流速均为3 cm/s ;在操作电流密度为400 A/m2的直流电场的作用下，阳极室10内的硫酸钠水溶液中的钠离子穿过阳极端阳离子膜7进入碱室11与双极膜8将水解离出的氢氧根离子结合成氢氧化钠，而双极膜8将水解离出的氢离子则在料液室12内与牛磺酸水溶液中的牛磺酸根离子结合成牛磺酸，料液室12内的硫酸钠水溶液中的钠离子穿过阴极端阳离子膜9进入阴极室13 ;从阳极室和阴极室流出的硫酸钠水溶液则汇流入出液管22经出液口 23流出后循环使用，从碱室11的碱室出口 26流出的为氢氧化钠溶液，从料液室12的料液室出口 28流出的为牛磺酸水溶液；
(2)收集步骤(I)中的牛磺酸水溶液，将牛磺酸水溶液蒸发浓缩成浓缩液，冷却浓缩液使结晶产物充分析出，经过滤而得的结晶产物即得牛磺酸。
[0016]上述实施例仅以度为8%的牛磺酸钠水溶液、浓度为8%的硫酸钠水溶液、操作电流密度为400 A/m2和工作温度为20 °C的情形来阐述本发明的技术构思，并不代表其它情形不能实施，若用8-10%范围内的其它浓度值的牛磺酸钠水溶液、0.1%-32.8%范围内的其它浓度值的硫酸钠水溶液、40-850 A/m2范围内的其它电流密度值、5_40°C范围内的其它温度值以及0.1-10 cm/s范围内的酸钠水溶液、水和牛磺酸钠水溶液的其它流速值，去替换实施例I中的相应数值，仍然能达到发明目的，只是为了简洁不再一一举例赘述。
【主权项】
1.一种应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将硫酸钠水溶液通入双极性离子交换膜电渗析器的阳极室和阴极室，同时将水和浓度为8-10%的牛磺酸钠水溶液分别通入双极性离子交换膜电渗析器的碱室和料液室；在直流电场的作用下，阳极室内的钠离子进入碱室与双极膜将水解离出的氢氧根离子结合成氢氧化钠，双极膜将水解离出的氢离子在料液室内与牛磺酸根离子结合成牛磺酸，料液室内的钠离子则进入阴极室；从阳极室和阴极室流出的为硫酸钠水溶液，从碱室流出的为氢氧化钠溶液，从料液室流出的为牛磺酸水溶液； (2)浓缩步骤(I)中所得的牛磺酸水溶液并使之析出结晶产物，滤出结晶产物即得牛磺酸。
2.如权利要求1所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于步骤(I)的操作电流密度为40-800 A/m2,工作温度为5_45 °C。
3.如权利要求2所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于所述操作电流密度为400-500 A/m2，工作温度为20-35 °C。
4.如权利要求1所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于所述硫酸钠水溶液的浓度为0.1%-32.8%。
5.如权利要求4所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于所述硫酸钠水溶液的浓度为8%-10%。
6.如权利要求1所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于所述双极性离子交换膜电渗析器内的硫酸钠水溶液的流速为0.1-10 cm/s、水的流速为0.l-10cm/s、牛磺酸钠水溶液的流速为0.l-10cm/so
7.如权利要求6所述的应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，其特征在于所述双极性离子交换膜电渗析器内的硫酸钠水溶液的流速为3-8cm/s、水流速度为3-5cm/s、牛磺酸钠水溶液的流速为3-5cm/s。
【专利摘要】本发明公开了一种应用双极性离子交换膜技术生产牛磺酸的方法，步骤为：（1）将硫酸钠水溶液通入双极性离子交换膜电渗析器的阳极室和阴极室，同时将水和浓度为8-10%的牛磺酸钠水溶液分别通入其碱室和料液室；在直流电场的作用下，阳极室内的钠离子进入碱室与双极膜将水解离出的氢氧根离子结合成氢氧化钠，双极膜将水解离出的氢离子在料液室内与牛磺酸根离子结合成牛磺酸，料液室内的钠离子则进入阴极室；从阳极室和阴极室流出的为硫酸钠水溶液，从碱室流出的为氢氧化钠溶液，从料液室流出的为牛磺酸水溶液；（2）浓缩磺酸水溶液并使之析出结晶产物，滤出结晶产物即得牛磺酸。该方法无污染物排放，不需要添加大量的化学试剂，操作简单，生产周期短。
【IPC分类】C25B3-04, C25B13-02, C25B9-10
【公开号】CN104593812
【申请号】CN201410847352
【发明人】郭锡伟, 王炳春, 傅荣强, 陈晓丹, 李正浩, 张治磊
【申请人】山东天维膜技术有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月31日