0.2μｍZrO2陶瓷膜精制痹通药酒的膜污染研究.doc

0.2ZrO2陶瓷膜精制痹通药酒的膜污染研究作者：黄敏燕潘林梅郭立玮【摘要】目的探讨孔径为0.2的ZrO2陶瓷膜精制痹通药酒过程中的膜污染机理。方法以痹通药酒为研究对象，从高分子去除率、微滤通量、过滤阻力及阻力分布、药酒原液及膜表面沉积物的粒径分析等角度进行膜污染研究。结果0.2ZrO2陶瓷膜对本体系的四大高分子均有一定的去除作用，其中淀粉、果胶的去除率较为显著。微滤通量衰减幅度较小，最终的稳定通量达87.48L/(m2h)。在排除膜本身阻力等外在因素，过滤阻力主要集中在表面沉积层，占总阻力的42%。通过粒径分析可知造成膜表面沉积层阻力是小于10m的颗粒。结论充分掌握微滤过程中膜污染产生机理对提高膜通量、寻找有效的膜再生方法具有重要的现实意义。【关键词】陶瓷膜；痹通药酒；高分子；过滤阻力；粒径分布痹通药酒收载于中药成方制剂第十九册,由制草乌、当归、丁香、高良姜四味药组成1。本实验以痹通药酒为研究体系，考察了0.2ZrO2陶瓷膜对其微滤前后的高分子含量变化、微滤阻力及阻力分布情况以及污染表面沉积层组成部分的粒径分布。从而为痹通药酒澄清精制工艺中减缓膜通量下降及寻找有效的膜再生方法提供依据。1实验材料1.1药材制草乌、当归、丁香、高良姜均购自安徽省亳州市中药饮片厂，经鉴定均符合中国药典2005版(一部)有关项下的规定。1.2仪器膜及膜组件：内压管式陶瓷微滤膜(南京工业大学膜科学技术研究所),膜孔径0.2m，膜材质ZrO2。膜组件为不锈钢材质。MICROTRACS3500型粒度分析仪（美国）。ShimahzhulibrorAEL40SM电子天平(十万分之一)。2实验方法2.1痹通药酒的制备药材按处方配比各称取一定量，分别粉碎成粗粉，加入5倍量的白酒，浸泡2h后，加热回流提取1.5h，滤过；药渣再加5倍量的白酒回流提取1.5h，滤过；药渣再加5倍量的白酒回流提取1.5h，滤过，压榨药渣，合并滤液，加入白酒调整总量至6500ml，离心、过滤、壳聚糖沉淀，取上清液即得。2.2微滤过程取上述上清液置于无机陶瓷膜微滤机以错流方式进行循环微滤，测其相应的膜通量。实验操作条件如下：平均操作压力为0.15MPa,膜表面速度为3m/s,温度为303.15K。2.3高分子含量测定（1）淀粉含量测定：酶水解法2。（2）果胶含量测定：AAS法3。（3）鞣质含量测定：干酪素法4。（4）蛋白质含量测定：考马斯亮蓝法5。2.4过滤阻力的测定采用DarcyPoiseuille过滤模型的修正式6、将总阻力DT分为膜阻力Dm、堵孔阻力Di、浓差极化阻力Dp和吸附阻力De7。2.5污染物的粒径分布测定用毛刷刮去膜表面污染物,并用蒸馏水将其冲刷下来,再将此冲刷液以MICROTRACS3500型粒度分析仪测定其平均粒径及分布。3实验结果3.1高分子含量测定结果本实验所用基酒为40白酒，故在药材浸提中仍有高分子物质被浸出，同时为了观察高分子物质去除率的动态变化，将实验设计成在微滤液体积为原液总体积1/3（微滤中期）时及微滤液体积为原液总体积2/3（微滤结束）时分别取渗透液测高分子含量。见表1。表10.2mZrO2陶瓷膜微滤痹通药酒的高分子去除率（略）3.2微滤通量的测定结果0.2ZrO2无机陶瓷膜对痹通药酒渗透通量测定结果见图1。3.3过滤阻力和阻力分布测定结果各分解阻力Dm、De、Di、Dp在总阻力DT中所占的百分比其结果如图2所示。3.4粒径分布测定结果微滤前痹通药酒及微滤后膜表面污染物的粒径分布见图3和图4。4讨论从表1总体来看，0.2ZrO2陶瓷膜对本实验体系的高分子物质均有一定的去除作用。从高分子去除动态过程来看，淀粉、鞣质、蛋白质的去除率呈上升趋势，而果胶去除率在微滤过程中略有下降。造成上述差异可能由于微滤过程中粘度等的微观变化。果胶在水中能形成一种带负电荷的高粘度胶体溶液，0.2ZrO2膜对本体系的果胶从一开始去除率就较高，因此溶液粘度下降，导致各高分子、固体颗粒、悬浮物之间相互碰撞、相互接触的机率增大，如鞣质与蛋白质可能会产生沉淀，同时固体颗粒、悬浮物等在溶液中的运动增强在某种程度上能刮除膜面上的沉积物，从而一定程度上减弱了过滤阻力、降低了膜污染，这一作用对部分高分子如果胶的透过膜起了推动作用，因此可观察到果胶的去除率有所下降。上述推测仍有待于试验进一步地验证。对于本体系，0.2ZrO2膜的渗透通量衰减较平缓，其初始通量达105.3L/(m2h)，最终的稳定通量为87.48L/(m2h)。在微滤进行到60min左右，渗透通量略有上升，这可能与溶液环境的变化如理化参数的突变、高分子物质及固体颗粒等之间的相互作用有关。图2是痹通药酒微滤过程中的阻力分布，在排除膜本身阻力等外在因素，过滤阻力主要集中在沉积层占总阻力的42%，膜孔内部阻力起了次要作用占总阻力的25%,浓差极化层阻力所占比例最小仅为2%。这表明微滤过程中膜污染主要发生在污染物吸附和膜孔道堵塞。图3可以清晰的看到痹通药酒微滤前的粒径主要集中在62.2295.95m，占粒径百分比分布的45.90%。污染膜表面沉积层的组成物质粒径分布（如图4）显示两个峰分别为：6.0010.09m占43.59%、5.042.31m占25.78%，由此可推测表面沉积层阻力主要由小于10m的颗粒造成。此结果可指导我们在进行微滤前可对药液进行适当的预处理，如将药液经过高速离心或大孔径微滤膜预滤,从而去除药液中粒径小于10m的粒子，有效地减轻0.2mZrO2陶瓷膜的污染程度,提高膜的药液通量,提高生产效率,降低生产成本。同时也能保证中药药酒活性成分具有较高的转移率以及更高的药酒澄清度。【参考文献】1卫生部药典委员会.卫生部药品标准中药成方制剂S.第十九册,1998:239.2宁正祥等.食品成分分析M.北京:中国轻工业出版社，1998:3.3曹德菊.AAS法间接测定植物果胶含量的研究J.安徽农业大学学报，2000,27(2):202203.4中华人民共和国国家药典委员会.中华人民共和国药典(一部)S.北京:化学工业出版社，2005，附录57.5曲春香，沈颂东，王雪峰.用考马斯亮蓝测定植物粗提液中可溶性蛋白质含量方法的研究J.苏州大学学报(自然科学版),2006,22(6):8285.6DalCinMMMembraneperformancewithapulpmilleffluent:relativecontributionsoffoulingmechanismsJ.MembrSci,1996,120:272285.7QusmailM,Ben