Enantiomerek elválsztása, hatékonyságának javítása membrán eljárások alkalmazásával = Improvement of single stage enantioseparation by means of membrane methods

摘要

A kutatás keretében racém elegy (elsősorban a tejsav) enantiomerjeinek elválasztását vizsgáltuk membrán eljárásokkal, dialízis üzemmódban. Különböző módon előállított optikailag szelektív membránok (királis monomerrel előállított (citozán, beta-ciklodextrin) membrán, enzim katalizált reakcióval kombinált, ionos folyadék, mint folyadék membrán, arany nanocsövekre rögzített királis reagenst tartalmazó polikarbon membrán) alkalmazásával, a működési körülmények hatását vizsgáltuk a királis szelektivitásra és a membránon keresztüli anyagtranszportra. Továbbá, elektrokémiai módszerrel előállított, adott pórusméretű, szűk méreteloszlású szilicium membránnal a molekulaméret szerinti elválasztást tanulmányoztuk. Megállapítottuk, hogy a • különböző membránkonfigurációkkal egy műveleti lépcsőben, mintegy 5-7 % (citozán, ?-ciklodextrin) ill. 15 % (enzim-katalitikus reakcióval kombinált folyadékmembrán) enantiomer felesleg érhető el; • szűk pórusméret eloszlású szilícium membránnal kedvezőbb méretszerinti elválasztás érhető el, mint a kereskedelmi polimer membránokkal, de a szilícium mechanikai instabilitása miatt nem megfelelő gyakorlati célokra; • membránon keresztüli anyagátadási folyamat megfelelő pontossággal becsülhető a membrán mátrix szerkezete és a transzport komponensek tulajdonságainak ismeretében; A kutatási téma számos elméleti és gyakorlati kérdés tisztázását tette lehetővé, az eredmények segítik a gyakorlati alkalmazáshoz még szükséges további kutatásokat. | Chiral separation of a racemic mixture (e.g. lactic acid) has been investigated by means of different membrane processes, in dialysis mode. Membranes were prepared as: (i) membrane matrix was casted by chiral monomer obtaining intrinsically chiral membrane (chitosan, beta-cyclodextrin); (ii) enzyme catalytic bioreaction was combined by liquid membrane techniques applying ionic liquid. Effect of operating conditions was investigated on chiral selectivity and on mass transport. Further, the separation efficiency of porous silicon membrane, prepared by electrochemical etched, was also investigated. It was stated according to the experiment results obtained: • Different membrane configurations can give 5-7 % (by intrinsically optically active membrane) and 15 % of enantiomeric excess (by liquid membrane with lipase-catalyzed reactions), in a single operation stage. • Silicon membrane with narrow pore size distribution offers about 20-30 % better selectivity for separation according to the molecule size, comparing that to the commercial polymeric membrane; • Description of mass transport through a membrane, taking into account the structure of the membrane matrix and properties of the transporting material makes possible to predict the separation process; These research results made clear several practical and theoretical separation problems and serve useful contribution to find a suitable membrane configuration for practical chiral separation purposes.