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有机酸是工业生产过程中重要的工业原料,广泛的应用于制药、食品、日化等行业。传统的生产方法有发酵法和化学合成法。发酵法是一种较为温和的生产方式,使用的是可再生原料且来源充足。相比之下,化学合成法目的性强,生产条件较为严苛,且一些有机酸的生产利用化学合成法比较困难。不论是发酵法或化学合成法,生产过程中都会涉及到产品的分离、纯化,常需要提取、结晶、蒸馏等传统的化工单元操作,在分离和纯化过程中不可避免的会产生大量的污染物,需要较高的能量损耗,难以满足当今社会提出的“绿色生产”的要求。将新型的膜分离技术,特别是电渗析技术应用于甲酸、乙酸、柠檬酸等小分子有机酸生产的实例已有大量的报道,但当有机酸分子量比较大的时候,利用膜技术进行生产的效率将会大大降低,因其透过膜迁移的阻力比较大,而难以实现较高的产率,因此我们提出制备合适孔径的离子交换膜以提高有机酸的产率,降低过程的能耗。此外,氨基酸作为一种特殊的有机酸,在医药、食品、动物饲料等领域中有广泛的应用。氨基酸分子中兼含羧基和氨基,其传统分离方法如结晶法、离子交换法、特殊沉淀法等过程较为复杂,结晶过程中的蒸发耗能很大,树脂需要再生耗费较多的化学试剂,特殊沉淀法过程中的沉淀剂难以有效回收,造成大量废液排放。本文以苏氨酸为例,发酵法生产苏氨酸过程中产生的发酵母液会含有一定量的苏氨酸、谷氨酸以及其他杂质成分,双极膜电渗析可以利用氨基酸的等电点的不同而将它们进行分离。本论文共分为四章,内容分别如下:第一章为本论文的绪论部分,主要阐述了传统的有机酸的生产过程中存在的问题,接着对电渗析技术的基本原理,特别是作为整个电渗析技术核心的离子交换膜进行了较为详细介绍。最后对本论文的选题来源、意义及主要内容进行了简要的介绍;第二章首先通过相转化法制备出多孔的聚酰亚胺基膜,然后对该基膜进行化学改性,包括氨化、季铵化等,使膜接枝上正电基团,并通过场发射扫描电镜(SEM),傅里叶红外光谱分析(FTIR)表征确认其微观形态和组成。该膜的面电阻为0.6-1.8Ω·cm2,离子交换容量(IEC)值为0.6-0.9mmol/g,含水率为100-160%。不同条件下制备的膜的微观结构有所差异,在异丙醇中进行相转化得到的膜内部呈现出均匀的海绵状孔,而在水中进行相转化的膜内部出现了一些不规则的大孔,但总体上通过相转化法制得的膜具备有多孔的结构。将其应用于双极膜电渗析(BMED)过程处理乳糖酸钠料液以生产乳糖酸和氢氧化钠,与商业膜相比,产品纯度类似,能耗较低,产率更高,几乎达到了商业致密膜的两倍。第三章将BMED过程应用于苏氨酸和谷氨酸混合物的分离,首先,设计出三种不同的膜堆构型以优选出最佳的膜堆构型。然后在最佳的膜堆构型下,综合考虑混合氨基酸的分离效果、能耗、电流效率等因素,选取50V为最佳的外加操作电压。在优化的膜堆、电压条件下(电压为50V、膜堆构型为BP-A-BP),运行4 h后可以使料液室中的谷氨酸基本上迁移进入回收室,苏氨酸则停留在料液室中,其纯度达到了 97.5%。过程的能耗为11.04 kWh/kg,电流效率为82.6%。此外,还对实验过程的阴膜的污染进行了考察,发现有部分谷氨酸附着在阴膜上造成膜污染,导致了小部分的谷氨酸的损失,并使BMED的总体效能有所下降。总的来说,利用BMED过程进行苏氨酸与谷氨酸的分离提纯可以达到很好的分离效果。第四章为全文的总结部分,通过以上章节中所介绍的实验结果可以看出,利用BMED进行有机酸的生产,具有很好的潜力。