[发明专利]一种生物电渗析生产苹果酸的强化方法

说明书

本发明涉及一种生物电渗析技术生产苹果酸的强化方法，属于电渗析领域，利用改良后的连续流生物电渗析，通过添加离子交换树脂，可以进一步降低生物电渗析能耗、减小内阻、提高电流密度。

技术领域

本发明属于生物电渗析领域，是在现有的生物电渗析的研究基础上，进一步改良连续流生物电渗析，通过添加离子交换树脂，进一步研究降低能耗、减小内阻、提高电流密度的方法。

背景技术

生物电化学系统是一种生物催化剂即微生物在电极上进行氧化或者还原反应的电化学系统。这种生物电化学系统中的微生物在生物电反应器的刺激作用下进行新陈代谢，在这样的过程中以较低的消耗处理污染物，或者以污染物为原料进行自身的产电。

生物电渗析是一种新型的生物电化学技术，将微生物与电渗析技术相结合，以此获得在低能耗下的产酸产碱脱盐的目的。微生物在外加电场的作用下产电，在产电后与外加电场共同作用使离子在电场中定向移动，从而将浓液中的各类离子分离，以达到产酸产碱脱盐的目的。

生物电渗析技术将弥补电渗析耗能过大，而生物产电量不足的缺陷，它可以通过驯化适合电渗析电场的微生物来减小能耗，提高库伦效率，同时产氢气、处理工业化工废水、产酸产碱脱盐，并消耗有机物。

L-苹果酸的制备方式随着科学技术的发展工业的革新，经历了原始的从水果中压榨到工业化生产阶段。目前，L-苹果酸的生产方法已经由早期的单一提取法发展出包括提取法生产、化学合成法制备法、两步发酵法和固化酶或细胞转化法等工艺。从以上的四种的L-苹果酸的制备方法来看，苹果酸的现今方法均具有它的局限性，而转化法和发酵法更适于工业发展，能在安全、低成本的基础上产生较为丰富的产物。但是不得不承认的是这样的工艺存在产物不纯、产酸菌株的种类需要进一步优化培养的问题，因此找到一种更为安全有效、低能的产苹果酸的工艺是非常必要且极具现实意义和价值的。

本发明是以L-苹果酸为研究对象，在现有的生物电渗析的研究基础上，进行连续流生物电渗析的研究提高产酸量，并对连续流生物电渗析的关键运行参数进行研究，通过这些运行条件的研究找到在降低能耗的基础上高产量生产L-苹果酸的方法。。

发明内容

本发明的目的是通过对连续流生物电渗析的改良，获得进一步减小内阻降低生物电渗析能耗的方法，同时在对改良的生物电渗析运行条件的研究过程中，找到提高生物电渗析电流密度的方法，从而获得高产量、低耗、高电流密度的连续流生物电渗析技术及其运行相关参数和改良技术。

连续流生物电渗析装置是通过多通道的蠕动泵以及管道连接于恒温箱内的反应器，使得反应器内的液体流动起来。反应器是一种微生物电化学系统与双极膜电渗析相结合新型系统。在脱盐的同时，产酸产碱。它一共有四个反应室，从左至右分别为阳极室、酸室、脱盐室以及阴极室，由于脱盐室处在反应器的中间，因此又称为中室。其体积比为4∶1∶1∶2。四室之间以膜相互隔开，在阳极室和酸室之间为双极膜，酸室和脱盐室之间为阴离子交换膜，脱盐室和阴极室之间为阳离子交换膜。在阴阳极两端外加直流电源，并串联以10欧姆的电阻。阳极材料为碳刷，阴极材料采用三层滚压活性炭阴极。因此在阳极至阴极反应器内部构成一个由离子传递而外部由电子传递形成的回路。在双极膜的两侧分别产生氢离子H⁺和氢氧根离子OH^-，在酸室中形成酸而在阴极室中产生碱，因此阴极室也称为碱室。

阳极位于阳极室内，反应体系的阳极由附着有产电微生物的碳刷组成，阴极采用炭黑、活性炭和乙醇制作，阴阳级间距在4-8cm之间。

本发明所提供的一种生物电渗析生产苹果酸的强化方法的优点在于：(1)在普通生物电渗析系统的基础上进行连续流的改造，使得产酸量提高能耗下降，提高了生物电渗析的运行效率和效果。(2)在连续流生物电渗析系统的基础上进行进一步的改进，通过添加离子交换树脂的方法使得连续流生物电渗析系统的内阻下降，能耗进一步减小，进一步提高生物电渗析的运行效率和效果。

附图说明