อิเล็กโทรไดแอลิซิสเพื่อการแยกกรดมะนาวจากน้ำหมัก

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของตัวแปรที่มีต่อการแยกกรดมะนาวด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไดแอลิซิสและหาภาวะที่เหมาะสมเพื่อเป็นแนวทางในการนำกระบวนการอิเล็กโทรไดแอลิซิสมาใช้ควบคู่กับการหมักเพื่อเพิ่มผลผลิต โดยสร้างโมดูลระดับห้องปฏิบัติการซึ่งมีพื้นที่การใช้งานของเยื่อแผ่น 0.0035 ตารางเมตร ตัวแปรที่ศึกษา ได้แก่ ความเข้มข้นของสารป้อน ค่าความเป็นกรดด่างของน้ำหมัก ศักย์ไฟฟ้า อัตราการไหลของสารละลายและอุณหภูมิของระบบ พบว่าภาวะที่เหมาะสมต่อการแยกกรดมะนาว ได้แก่ อัตราส่วนความเข้มข้นของสารป้อนด้านกรดมะนาวต่อน้ำหมักโซเดียมซิเตรทเป็น 1 ต่อ 2 โดยใช้ความเข้มข้นของกรดมะนาวเริ่มต้น 40 กรัมต่อลิตร และน้ำหมักโซเดียมซิเตรท 80 กรัมต่อลิตร ที่ค่าความเป็นกรดด่าง 5 โดยใช้ภาวะในการแยกที่ศักย์ไฟฟ้า 5 โวลต์ อัตราการไหลในหน่วยปริมาตรสัมพัทธ์เทียบกับปริมาตรจุในโมดูล 15.86 ต่อชั่วโมง ที่อุณหภูมิของระบบ 40 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้ฟลักซ์ซิเตรท 0.88 x 10̄⁵กิโลกรัมต่อตารางเมตร.วินาที โดยมีประสิทธิภาพในการแยกกรดมะนาว 3.77 x 10̄³กรัมต่อคูลอมบ์และพลังงานไฟฟ้าจำเพาะที่ใช้ในการแยกกรดมะนาวเท่ากับ 5.46 กิโลวัตต์.ชั่วโมงต่อกิโลกรัม โดยข้อจำกัดที่มีผลต่อประสิทธิภาพการแยกกรดมะนาวด้วยอิเล็กโทรไดแอลิซิส คือ การเกิด concentration polarization และ kinetic polarization ซึ่งจะทำให้ระบบมีประสิทธิภาพต่ำลง นอกจากนี้มีการศึกษาความเป็นไปได้ในการนำอิเล็กโทรไดแอลิซิสมาใช้ควบคู่กับการหมักในถังหมักขนาด 5 ลิตรเพื่อเพิ่มผลผลิต ซึ่งมีการดึงน้ำหมักออกจากถังหมักแล้วจึงแยกด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไดแอลิซิสโดยโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่แยกได้จะถูกป้อนกลับเข้าไปในถังหมักเพื่อควบคุมค่าความเป็นกรดด่าง ส่วนน้ำหมักที่ผ่านอิเล็กโทรไดแอลิซิสนั้นถูกป้อนกลับเข้าไปยังถังหมักซึ่งมีการเติมน้ำตาลกลูโคสลงไปด้วย แต่พบว่าอิเล็กโทรไดแอลิซิสไม่สามารถรักษาอัตราการผลิตกรดมะนาวให้อยู่ในระดับสูงได้ เนื่องจากโมดูลและพื้นที่การใช้งานของเยื่อแผ่นมีขนาดเล็กไปจึงทำให้อัตราการแยกและอัตราการผลิตไม่สัมพันธ์กัน