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基于膜及其集成历程的中药“绿色浓缩”手艺研究希望、要害科学问题与对策

2019-07-10 08:48:00 admin 298

 要:中药工业能耗惊人 ,能耗的重头浓缩工段的蒸汽耗量约占全厂的60%左右 ,甚至更高。膜浓缩手艺具有“能耗小、本钱低”的主要优势 ,但因差别膜历程自己手艺原理所造成的各自缺陷 ,而受到制约。引进国际先进的膜集成设计战略与要领 ,针对有望适用于中药物料浓缩需求的“反渗透与膜蒸馏集成”的手艺要害——浓缩历程对中药物料流变性的劣化及其对膜传质作用的拮抗 ,以代表性中药复方为实验系统 ,借鉴流变学理论与盘算流体力学(CFD)手段 ,通过工艺历程动态细密剖析 ,建设“时间-物料流变学特征-膜传质历程”三维模子 ;融合多学科手段 ,探索中药物料流变学纪律及其对膜浓缩历程的影响 ,叙述膜浓缩历程对中药物料的传质作用及机制 ,寻找临界渗透压(反渗透历程)与临界通量(膜蒸馏历程)2个要害工艺参数的平衡点 ,探索“反渗透”与“膜蒸馏”2种膜历程的优化组合计划。破解膜浓缩工艺中药行业工业化的手艺瓶颈 ,为其成套手艺装备研制及工艺设计提供支持 ,增进中药制药工程理论和手艺立异。

近几年 ,中药制药工业经济坚持较量稳健的生长态势。2015年 ,中药制药工业总产值靠近8000亿元 ,约占天下医药工业总产值的28.55%[1]。中药工业生长迅速、优势显着、市场远景辽阔 ,已成为我国国民经济中的向阳工业 ,但陪同而来的是急剧提升的中药制造工业本钱。2017年医药制药业本钱总额19 248亿元 ,不可否定 ,其中能耗占有很大的比例。

浓缩工段对大大都中药制药厂家来说是能耗(蒸汽)的重头。现在中药厂家普遍接纳的“三效”或“双效”真空浓缩工艺 ,因加热温度高达7595 ℃ ,具有显着的缺陷:(1)易使有用因素剖析 ;(2)因固形物易黏附于加热管壁 ,使垢层炭化造成滤液污染 ;(3)传热速率慢、铺张能源 ;(4)须泯灭重大数目的蒸汽、水去冷凝、冷却第3效或第2效后蒸出的水蒸汽。凭证能耗统计 ,水蒸出的能耗为1.2吨蒸汽/吨 ,冷凝冷却水蒸汽及其热水的水耗为34吨水/[2]。

膜浓缩的基本手艺原理是膜质料对溶剂的选择透过性 ,即在一定的压力、温度等操作条件下 ,膜外貌只允许某种溶剂(如水)及小分子物质通过 ,而成为膜“渗透液” ;而待疏散料液中与膜质料不具亲和性的溶剂(物质)、体积大于膜孔径的物质则被截留在膜的进液侧 ,成为“截留液”(即浓缩液) ,从而实现对证料液的疏散、浓缩目的。与古板的蒸发浓缩相比 ,在中药制药浓缩工艺中获得应用的超滤(ultrafultration[3-10]、反渗透(reverseosmosis[11-13]、纳滤(nanofiltration[14-16]、膜蒸馏(membrene distillation[17-20]等膜浓缩历程中无相变 ,可以在常温及低压下举行 ,因而能耗低 ;物质在浓缩疏散历程中不爆发质的转变 ,适合热敏物质的处置惩罚 ;能将差别相对分子质量的物质分级疏散 ;在使用历程中膜无杂质脱落 ,包管料液的纯净 ,并且整个膜浓缩历程操作轻盈、本钱低廉[21] ,适用于工业化生产。

膜蒸馏是将膜与蒸馏历程相团结的一种新型膜疏散手艺。该手艺使用疏水性微孔膜将两种差别温度的溶液脱离 ,较高温度侧溶液中易挥发的物质呈气态透过膜进入另一侧并冷凝的疏散历程。膜蒸馏与古板蒸馏相比 ,其不需要重大的蒸馏系统 ,且能获得更纯净的馏出液 ;与一样平常的蒸发历程相比 ,其单位体积的蒸发面积大 ;与反渗透较量 ,其对装备的要求低且历程中溶液浓度转变的影响小。另外 ,膜蒸馏历程能在常压和较低温度下操作 ,被以为是一种节能高效的疏散手艺 ,迄今膜蒸馏手艺在中药领域研究也很是普遍。

20年来 ,膜手艺在我国获得快速的生长 ,其缘故原由主要得益于高分子质料科学的希望及情形友好战略的实验 ,一批大中型医药企业 ,如吉林敖东、湖北劲酒、江苏康缘、江苏扬子江等将膜疏散手艺用于中药提取、疏散、纯化等流程 ,已取得一批主要的效果。与此同时 ,也应看到膜疏散科技在中药浓缩领域的潜力还远未施展。虽然医药中央体、食物等工业生产接纳超滤、纳滤、反渗透、膜蒸馏等膜疏散历程作为浓缩手艺日益趋多[22] ,中药制药行业 ,如纳滤手艺用于中药醇提、水提工艺手艺刷新[14] ;膜蒸馏工艺浓缩鲜益母草汁[17] ;丹芍复方接纳反渗透膜浓缩[23] ;反渗透膜从胡芦巴中浓缩4-羟基异亮氨酸[24]等也已取得令人鼓舞的希望 ,但远未抵达知足工业应用的要求。

1  制约中药膜浓缩手艺优化的主要问题及解决计划——集成膜历程

1.1  集成膜浓缩手艺

膜污染导致膜历程效率的下降是制约中药膜浓缩手艺工业化的主要因素 ,除了这一膜手艺领域的共性问题外 ,种种膜浓缩历程因其手艺原理而造成的缺陷 ,也影响到其优势的施展。如反渗透历程透水速率较量高 ,但浓缩倍数较小。其缘故原由在于:物料自身的渗透压随浓缩倍数的增添而提高 ,由此造成的物料高密度、高渗透压使反渗透历程无法举行。再如 ,膜蒸馏充分团结了“膜疏散”与“蒸馏”2个历程的优势 ,可将物料浓缩至较高的浓度 ,但膜蒸馏历程也保存严重的缺陷:(1)运行历程中膜通量波动较大 ;(2)料液抵达较高浓缩倍数时 ,可因膜面蒸气压下降而泛起通量衰减状态[18]。

由于膜历程各有利弊 ,同时在现实的工业应用中又易受多种重大因素的影响 ,一样平常而言 ,任一膜历程都无法顺应重大的工业生产时势。为顺应差别应用系统 ,优化生产历程 ,需接纳膜历程集成的战略 ,即科学组合多种膜历程 ,通过取长补短 ,以“手艺集成”的形式 ,即以“膜疏散系统” ,而并非某种简单的膜疏散历程 ,用于工业生产。该系统的组成单位可是多种差别的膜历程 ,也可是膜历程与非膜历程 ,称其为“集成膜历程”。21世纪以来 ,膜集成工艺在中药浓缩手艺领域的受接纳水通常益增添 ,如大蒜素超滤/纳滤集成纯化工艺[25] ;茶黄素的陶瓷膜微滤/卷式超滤膜/纳滤膜集成制备工艺[26] ;活性多糖的超滤/纳滤集成浓缩法[27] ;黄芩苷的微滤/超滤/纳滤集成浓缩、纯化[28] ;山楂的反渗透/超滤集成浓缩[29-30]等研究报道层出不穷。

由于反渗透与膜蒸馏划分在高透水速率与高浓度物料浓缩方面具有独到优势 ,反渗透与膜蒸馏这2种手艺的组合 ,如反渗透/膜蒸馏(OD)集成、超滤/反渗透/OD已成为膜集成浓缩工艺的乐陋习范[31-32]。

国际上乐成地将膜集成浓缩手艺用于现实生产 ,并爆发了显着效益 ,主要得益于接纳了科学的基本战略:实验研究与盘算机流体力学(CFD)模拟相团结 ,准确、系统掌握待浓缩物料的流变学特征 ,深入开展膜传质机制研究、通过数学模子的构建 ,开展工艺优化设计。近年来 ,笔者课题组在国家自然科学基金资助下 ,较量深入、系统地开展了相关研究 ,现在已取得一批效果[33-35]。如优选了真空膜蒸馏法浓缩黄芩提取液的工艺、确认了超滤-反渗透集成工艺浓缩黄芩水提液的可行性、乐成接纳陶瓷微滤与反渗透集成工艺为西安金花集团制药公司的中药开展了中试规模的浓缩实验 ,氨基酸的接纳率抵达98% ,工艺历程稳固、可控。

1.2  面向中药物料浓缩历程的膜质料与膜历程研究

膜质料是生长膜手艺的焦点课题。以膜蒸馏手艺为例 ,加以叙述。用于膜蒸馏的膜质料应该知足疏水性和多孔性2个要求 ,以包管水不会渗入到微孔内和具有较大的通量。另外 ,足够的机械强度、好的热稳固性、对酸碱及有机溶剂的高耐受性 ,以及低的导热系数也是必需的。近年来 ,用于膜蒸馏历程的膜质料研究开发主要集中在聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP) ,它们的疏水性能都较量好 ,PTFEPVDFPP的外貌张力依次为253323340.04 mN/m ,说明PTFE的疏水性*强。从耐氧化性子和化学稳固性来看 ,PTFE也优于其他几种膜质料。这使得PTFE膜应用的物系很是普遍 ,PVDF膜次之。虽然PP膜耐氧化性子和化学稳固性相对较差 ,但由于价钱低廉 ,市场应用辽阔[36]。鉴于中药制药行业所面临的基本物料——中药水提液的重大性而导致的膜通量衰减及其成因:膜污染的特殊性 ,面向中药物料浓缩历程的膜质料与膜历程研究成为攻克中药膜浓缩手艺瓶颈的主要一环。

膜历程与溶液情形亲近相关。中药水提液的溶液情形系指溶液系统所具有的电导率、pH、离子强度、黏度等物理化学特征。这些理化特征可直接影响膜的外貌性子 ,还可改变物料中待疏散微 ;虼蠓肿尤苤实睦砘宰 ,导致膜的疏散性能爆发改变。为有用的监控膜历程 ,各膜应用领域的科学家建设了面向相关物料系统的种种数学模子 ,以叙述膜传质历程及膜污染机制。但海内外未见有关中药水提液的膜传质与污染模子的文献报道。别的 ,由于恒久以来中药基础研究的缺乏 ,对组成极其重大的水提液的“溶液情形”表征研究 ,如对密度、黏度、外貌张力等基础物性数据的检测、剖析 ,基本处于空缺状态 ,其效果是中药生产工艺选择或设计实质上仍处于“粗放、估算”的层面 ,远未抵达“精准”水平。

现在教科书中仅有从宏观的角度对中药水提液的界说:一种由包括有真溶液、混悬液和乳浊液的重大混淆系统。该系统的主要化学组成是什么、有何特点 ,其热力学、动力学性子又有何特征等一系列理论与手艺问题未见有详细、深入的研究报道。自2001年以来 ,在国家自然科学基金等项目资助下 ,笔者课题组以数百种单味中药及复方为实验工具 ,团结膜通量测试 ,对相关中药品种的水提液做了浊度、黏度、pH、导电率、粒径漫衍等表征剖析。与此同时 ,对其中淀粉、卵白质、果胶等非药效共性高分子物质组成举行了检测 ,继而对通量、表征与物质组成做了起源的相关性研究。效果发明各水提液样品固含物中 ,这几类高分子组成均占很大比例 ,且是影响水提液的物理化学表征参数及膜通量转变的主要因素[37-38]。

2  集成膜浓缩历程需解决的要害科学问题对策及效果

2.1  关于解决中药制药膜浓缩手艺瓶颈的研究思绪

在大宗文献研究及上述有关前期事情的基础上 ,提出下述解决中药制药膜浓缩手艺瓶颈的基本思绪。

因处方与提取工艺差别 ,各中药物料系统具有差别的化学组成 ,也具有差别的流变学参数。凭证流变学与膜科学原理 ,对膜历程爆发影响的参数有密度、黏度、渗透压等。这些参数配合组成的荟萃可科学表征中药物料对膜浓缩历程爆发的影响 ;它们可通过理论盘算获得 ,或由仪器直接测定K剂康较质悼尚行 ,从中选取若干参数作为研究工具。

反渗透、膜蒸馏等手艺属于差别的膜历程 ,因而具有差别的膜传质机制、各自的膜污染及能耗纪律 ,亦各自兼容于物料的差别流变学性能。关于古板熟悉方法很难展现内部机制的中药重大系统膜历程 ,可借鉴CFD手段 ,盘算预估其特征 ,数学建模 ,提炼膜历程原型的部分信息组成原型替换物等要领 ,敌手艺系统举行优化设计。

在膜器牢靠的条件下 ,膜浓缩功效与物料流变学特征具有相关性。为使膜历程与物料的流变学性能相互顺应 ,可接纳化学剖析与膜工程手段对传质历程举行细密剖析 ,跟踪物料舷流变学参数动态转变 ,凭证临界通量、临界渗透压泛起点 ,实时将膜历程切换为与其顺应的传质状态 ,以解决膜污染与能耗*小化问题 ,实现集成工艺优化。

2.2  中药膜浓缩手艺优化面临的科学问题

关于中药物料这一重大系统而言 ,由于化学组成的多元性及物料种类的多样性 ,怎样探讨膜浓缩工艺优化纪律?显然必需改变粗放的方法 ,以现代科学看法与相关实验数据表述物料系统的流变学特征、与膜历程的相互作用 ,系统理化参数动态演化历程及其作用机制 ,从而促使中药膜浓缩研究由“形貌科学”向“细密科学”的转变。

由上述剖析可知 ,反渗透与膜蒸馏集成工艺是中药膜浓缩手艺切实可行的主要选项。就该集成历程而言 ,由此需面临的工艺设计问题:(1)能否展望反渗透历程因物料密度升高所爆发的*高渗透压(临界渗透压) ,并将其控制在膜装备额定压力可遭受的规模 ;(2)怎样展望并控制膜蒸馏历程因物料密度升高、水蒸气压下降而导致的*低膜通量(临界通量) ;(3)怎样寻找临界渗透压(反渗透历程)及临界通量(膜蒸馏历程)平衡点 ,实现反渗透与膜蒸馏这2种膜历程的优化组合。上述3个问题的科学实质是浓缩历程对中药物料流变性的劣化及其对膜传质作用的拮抗。

综上所述 ,中药物料的流变学纪律及其与膜传质历程的相关性是优化中药膜浓缩工艺的要害科学问题。为此 ,解决该要害科学问题的对策:(1)探索中药物料的流变学纪律及其与膜浓缩历程的相互影响 ;(2)确认反渗透与膜蒸馏等差别膜历程的临界渗透压、临界通量 ;(3)叙述膜浓缩历程对中药物料的传质作用及机制 ,寻找可与其匹配的膜手艺组合计划。

2.3  针对集成膜浓缩历程要害科学问题的解决对策及其效果

针对集成膜浓缩历程要害科学问题 ,从本课题组已建设的“中药水提液膜基础数据库”中选择了清热灵、四逆汤、玄麦甘桔颗粒等复方及黄芩、甘草、栀子等单味药材为实验系统(兼顾物料初始黏度、入药部位及所含主要指标性因素具有代表性等) ,开展相关对策的研究。

2.3.1  探索中药物料系统的流变学特征及其与膜历程的相互影响

1建设、完善流变学特征参数表征系统:首次在中药膜科技领域提出临界渗透压的看法 ,凭证疏散科学的原理 ,能影响膜历程的流变学参数主要有黏度、雷诺数(Re)等。别的 ,物料的渗透压与蒸气压[39]可划分反应反渗透历程对操作压力的影响及膜蒸馏历程膜通量衰减水平 ,亦为表征物料舷流变特征的基本参数。

在笔者课题组已建成的“中药水提液膜基础数据库”(拥有200多种中药系统的黏度、密度、pH等参数)基础上 ,进一步建设、完善可科学、有用表征与反渗透及膜蒸馏工艺历程有关的中药物料流变学特征参数系统 ,对该数据库增补了与浓缩工艺相关的流变学数据 ,如渗透压、蒸气压等 ,并从中挖掘各流变学参数的相关性纪律[40-44]。

药液的渗透压限制着反渗透浓缩倍数 ,因此在设计反渗透膜历程时 ,必需掌控溶液的渗透压数据。能否展望反渗透历程因物料密度升高所爆发的临界渗透压 ,关于设计或选择反渗透膜及其装备额定压力可遭受的规模具有指导作用。

为此 ,以白蒺藜、牛蒡子、山楂3种果实类中药水提液系统为研究工具 ,首次提出临界渗透压的看法 ,当药液渗透压不随反渗透膜浓缩时间的推移而改变时所对应的渗透压称之为临界渗透压。凭证范特霍夫规则可知 ,当温度一准时 ,渗透压的巨细与溶液的溶质浓度和溶质分子的相对分子质量相关。因此 ,凭证渗透压在膜历程中的转变可以推测药液浓度的转变。当渗透压趋于稳固后 ,即可知道此时药液浓度亦趋于稳固 ,浓缩历程难以继续举行。将临界渗透压的看法引入中药水提液反渗透历程研究 ,通过差别中药水提液膜历程阻力漫衍和污染模子的拟合 ,剖析渗透压与膜通量衰减率的关系 ,展现了测定临界渗透压值关于反渗透膜浓缩历程的作用。研究效果展现 ,反渗透膜历程通量衰减率与渗透压呈正相关。在药液渗透压小于临界渗透压时 ,膜污染较轻 ,便于洗濯。

2寻找各流变学数据之间的相关性纪律:发明中药水提液的盐度、电导、总消融固体(total dissolved solids ,TDS)三者之间呈显著线性相关。通过系统考察根类、叶子类、果实类和全草类及相关复方中药水提液的反渗透膜历程理化参数的转变纪律 ,发明电导率与渗透压之间普遍保存相关性 ,相关系数抵达0.928 9(银杏叶)、0.996 2(栀子)。因此可推测 ,电导率在某种水平上可以替换渗透压 ,用以在线监测反渗透膜历程。同时 ,发明样品药液的盐度-电导、TDS-电导、TDS-盐度的线性方程及其相关系数划分为Y18 873 X33.871 ,r20.9877 ;Y0.508 8 X4.748 0 ,r20.9961 ;Y9 618.6 X11.614 ,r20.987 5。批注只管化学组成重大 ,但中药提取液系统盐度、电导、TDS三者之间仍具有显著的线性相关性 ,为接纳物理化学手段建设在线检测、控制中药膜工艺历程的新要领提供了依据。

3发明“临界通量”与中药物料舷流变学特征的关系:“临界通量”的看法由流体力学、外貌化学、质量传输和过滤理论有机团结而成(其值可由实验或盘算得出)[45] ,系指一种无污染理想状态下膜装备运行的征象 ,也是膜历程优化的主要标记[46]。影响临界通量的主要因素为料液密度与流动类型(层流、湍流等)。料液密度高时 ,迁徙率降低 ,膜外貌沉积因溶质颗粒笼罩而增厚 ,致使临界通量下降[47-48]。湍流可通过镌汰或延缓溶质颗粒在膜外貌的沉积而提高膜通量。由于Re可判断料液的流动性子(Re4 000时爆发湍流)[49] ,而雷诺数与黏度、密度等亲近相关 ,因而可通过改变物料流变学性子的要领来提高临界通量[50]。

2.3.2  探讨膜浓缩历程中中药物料的传质作用及其机制

1通过盘算流体力学要领和盘算机化学研究模式研究中药膜历程及其机制:盘算流体动力学(computational fluid dynamics ,CFD)是一种新型的盘算机化学手段 ,它可通过数值要领求解流体力学控制方程 ,并对流体运动纪律举行展望。CFD手艺具有本钱低、速率快、资料完整、危害小等优点 ,已成为流体科技领域与实验研究、理论剖析一律主要的手段。CFD方程的通用形式[51]如下。

ρ为密度 ,U为速率 ,t为时间变量 ,φ为通用变量 ,Γ为广义扩散系数 ,S为广义源项

其中处在τS位置的变量不必为原物理意义的量 ,而是数值盘算模子方程中的一种界说。因此CFD用于具有暂无公认界说表达的某些特征的重大系统。

影响膜历程的因素相当重大 ,其中膜组件中的流场漫衍是主要因素之一 ,因此将CFD手艺引进膜历程剖析正成为膜科技领域研究的热门 ,且已在增添优化可信度等方面取得显著效果。本课题组正借鉴海内外CFD先进效果[52-56] ,在吸收、消化CFD手艺的基础上加以立异 ,以形成具有中医药特色的软件系统。

研究者对膜传质作用开展了大宗研究 ,从宏观或微观角度建设了种种模子[43-44]。可是 ,由于膜历程中传质作用涉及的因素极其重大 ,模子的构建又涉及众多学科 ,建设普遍适用的膜历程模子难度较大。因此 ,接纳盘算机化学展望膜历程的研究模式应运而生。近年来 ,笔者课题组针对中药系统所具有的重大数据特征 ,团结不确定命据流展望、异常数据展望等20种相关算法 ,形成一整套信息处置惩罚流程 ,其内容包括样本可靠性评估、watechliuhede变量组合优选、定性和定量数学建模。并以此手艺手段举行了基于盘算机化学要领的中药膜历程研究[57-62]。

2中药水提液的反渗透膜污染历程基本切合完全梗塞模子:以完全梗塞模子、半梗塞模子、标准梗塞模子、滤饼过滤模子4种经典的膜过滤梗塞模子拟合白蒺藜等药液反渗透历程 ,效果发明 ,各样品的反渗透膜污染历程实验数据基本切合完全梗塞模子 ,与各样品的反渗透历程阻力漫衍数据不约而同。完全梗塞模子的基本假设是物料系统中所有分子抵达膜外貌后完全堵住膜孔 ,但不可够进入膜孔 ,且分子之间不相互叠加 ,匀称平铺在膜外貌。中药水提液中大分子杂质占很大比例 ,反渗透膜的平均膜孔径1.0 nm ,导致大分子物质被截留下来 ,从而在膜外貌群集 ,一方面 ,堵住膜孔 ,减小渗透通量 ;另一方面 ,增强浓差极化阻力。上述两因素是爆发临界渗透压的主要缘故原由。

3反渗透、膜蒸馏历程的Fluent模拟:接纳实验室自行组装的盘算处置惩罚效劳站及ANSYS 15AUTO CAD 2014软件。为尽可能靠近现真相形 ,本课题所使用中空纤维膜为外径0.4 mm ,内径0.25 mmPVDF膜 ,建设相同标准的模子。模拟效果显示 ,差别的孔道、差别的流速有着差别的流体力学 ,流体力学会对膜历程爆发主要的影响 ,如膜蒸馏历程中介质两侧保存显着的压差且随着膜蒸馏历程的举行压差逐渐增添 ,污染物在进料的冲洗作用下在膜中央结集 ;反渗透历程中压力、污染状态并非平均漫衍 ,而是随着膜历程的举行 ,泛起显着的“高压区”和“高污染区”。

通过比照数值模拟效果和实验视察到的征象 ,实测数据与模拟数据趋于相近 ,批注建设的数值模拟要领切实、可行 ,为后续中药水提液浓缩的反渗透-膜蒸馏耦合一体化妆置的优化设计提供了研究依据和要领。

2.3.3  面向膜蒸馏、反渗透膜浓缩历程的中药物料预处置惩罚研究

1药液预处置惩罚要领对膜蒸馏历程的影响:药液未经预处置惩罚时含有的大宗悬浮物等可导致膜孔梗塞 ,膜润湿征象爆发于1 h左右 ,通量急速衰减。预处置惩罚选择离心或离心后接纳差别截留相对分子质量(6×1048×1043×1045×104)的膜超滤等要领 ,通过预处置惩罚前后药液的理化性子比照、膜蒸馏历程的转变等因素优选预处置惩罚要领。效果批注 ,离心和超滤可除去膜污染物 ,有用缓解膜污染。其中 ,离心和超滤均差别水平降低果胶等高分子含量 ,且3×1045×104超滤较6×1048×104超滤去除率更高。研究发明 ,未离心、离心、离心+超滤后药液的平均粒径划分为2 276274.4274.9 nm ,从而提醒 ,去除大颗粒物质可能是预处置惩罚缓解膜污染的主要作用之一。

2确定适用于中药物料反渗透预处置惩罚的要领:中药水提液是由无机盐、胶体等悬浮物和消融性有机物质所组成的重大系统。在反渗透浓缩历程中 ,浓液侧体积逐渐减小 ,悬浮颗粒和溶质浓度一直增大。膜外貌爆发的悬浮颗粒沉积 ,使膜孔爆发梗塞 ,摩擦阻力增添 ,反渗透膜通量降低 ,严重影响反渗透历程的运行。

研究发明 ,浊度小于1 NTU的进料液对反渗透膜造成污染的概率险些为零。通过考察截留分子质量1×1042×1045×1046×1048×1048×1041×105的超滤膜作为预处置惩罚手段对根、果实、花、叶、全草等种种药材及复方(一清颗粒、六味地黄丸、八正合剂)等的适用性 ,确认截留相对分子质量2×1045×104的超滤膜*适相助为反渗透预处置惩罚用的超滤膜。经以黄芩水提液为研究工具 ,发明在实验的初始阶段 ,药液在反渗透膜外貌爆发浓差极化 ,造成膜污染 ,使得通量急速下降。当渗透通量下降至一定水平后 ,由于渗透压阻滞的作用 ,膜外貌抵达平衡状态 ,此时膜通量不再降低 ,趋于稳固。同时 ,运行4 h时 ,超滤预处置惩罚的药液体积浓缩倍数抵达3.2倍 ,药液密度由0.992g/cm3增大1.008 g/cm3。而未经预处置惩罚的药液体积浓缩倍数仅1.6倍 ,药液密度由1.007g/cm3升至1.013 g/cm3。以上数听说明预处置惩罚可对反渗透膜历程爆发显著影响 ,并提醒进入反渗透系统前的药液 ,以2×1045×104超滤膜举行预处置惩罚是可行、有用的。

2.3.4  真空膜蒸馏历程中膜污染及膜洗濯要领研究  以复方二丁颗粒及单味药黄芩、白芍的水提液为实验系统 ,划分开展浓缩及恒浓实验 ,准时纪录料液主体和膜收支口两头的温度 ,检测浓度转变对膜通量的影响 ,盘算膜浓缩历程中的温度极化系数(τ)。效果发明τ值均大于0.98 ,真空膜蒸馏(VMD)历程中温差极化效应可忽略 ;而VMD历程中浓差极化效应可导致膜通量下降。

为提高浓缩效率、延伸膜使用寿命 ,划分考察了碱液分次洗濯、碱+酸液洗濯、超声+碱液洗濯等差别膜洗濯要领对膜通量恢复率及膜外貌结构(电镜扫描)的影响。效果发明 ,中药提取液膜蒸馏历程中较合适的洗濯要领是碱+酸液洗濯 ,但洗濯时间过长会对疏水膜的接触角爆发影响 ,甚至可破损疏水性。文献报道 ,超声可有用提高明滤膜洗濯效率 ,但本实验对PVDF疏水膜接纳超声手艺洗濯的研究发明 ,超声对疏水膜结构具破损作用 ,影响水平可能与膜材质及洗濯条件有关 ,尚需进一步研究。

3  结语

在多年岁情的基础上 ,笔者课题组借鉴国际先进的膜集成工艺设计战略与要领 ,以突破中药生产共性要害手艺为目的 ,针对有望顺应中药物料浓缩需求的“反渗透与膜蒸馏集成”手艺要害——浓缩历程对中药物料流变性的劣化及其对膜传质作用的拮抗 ,在膜科学原理指导下 ,以若干代表性中药复方为实验系统 ,借鉴流变学要领与CFD手段 ,获取中药系统物料流变学、膜动力学等特征量 ,进一步富厚和完善中药工程学物性数据库 ,通过中药学与现代疏散科学、盘算机化学等多学科交织研究 ,探索中药系统物料流变学特征与膜传质历程的相关性 ,为实现中药膜浓缩手艺优化提供依据 ,深化中药制药工程理论研究 ,增进中药膜手艺立异。

参考文献(略) 

来  源:潘林梅 ,李  博 ,郭立玮 ,张刘红 ,石飞燕 ,杨  晨 ,金唐慧. 基于膜及其集成历程的中药“绿色浓缩”手艺研究希望、要害科学问题与对策 [J]. 中草药, 2019, 50(8):1768-1775.


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