作者：王天瑶 潘永兰 郭立玮
【摘要】 目的研究0.2 μm ZrO2陶瓷膜微滤中药水提液过程中的膜污染机理。方法以金银花、麦冬、当归水提液为研究对象，进行膜通量测定，根据Darcy-Poiseuille定律这一过滤模型确定过滤阻力分布情况，水提液的物理化学参数,高分子含量测定，水提液粒径分析。结果①膜阻力主要集中在表面沉积层，浓差极化层阻力起了次要作用，膜本身的阻力及膜孔内部污染阻力所占比例比较小；②通过高分子测定对膜污染物进行定性，定量分析可知膜污染物中分子为淀粉、鞣质、果胶和蛋白质、果胶含量直接影响膜通量；③水提液粒径小于10 μm的颗粒影响通量的大小。结论研究微滤过程中的膜污染机理对于采用减缓膜通量减少的措施及寻找有效的膜再生方法有重要指导作用。
【关键词】 无机陶瓷膜 微滤 中药水提液 膜污染
膜分离技术具有节能、高效、无相变化、耗能低、操作方便、无二次污染等特点，是对传统分离方法的一次革命，被国际上公认为本世纪最具有发展前途的一项重大高新技术，也被认为是我国中药制药工业中急需推广的高新技术之一〔1〕。其中，无机陶瓷膜因其具有耐高温、机械强度高、化学稳定性好、使用寿命长等优点，尤其适合于中药水提液的精制，因而在我国中药行业具有普遍的适用性〔2〕。但由于中药水提液中化学成分非常复杂，通常含有大量的高分子量物质(如淀粉、果胶、鞣质、蛋白质等) 〔3〕 ，在膜过滤过程中，这些高分子的存在而不可避免地引起膜污染现象的发生，从而导致过滤阻力增加，引起膜通量大幅下降。
相关文献对中药膜过程的研究多止步于操作条件的优化，鉴于中药水提液体系本身的复杂性，仅从调节工艺参数的角度，难以达到优化膜过程、减少膜通量衰减程度的目的。膜过程与应用系统溶液环境有密切关系〔4〕。本研究以金银花、麦冬、当归水提液为实验体系，采用多种物理化学与流体动力学手段，考察、分析中药水提液溶液环境的pH、电导率、浊度、黏度、粒径分布及果胶、鞣质、蛋白质等高分子物质含量与膜过程中稳定通量、阻力分布变化的相关性，为寻找减缓膜通量衰减与促进膜再生的有效方法提供依据。
1 仪器与药材
1. 1 仪器微型陶瓷膜装置(南京工业大学膜科学与技术研究所研制，膜孔径：0.2 μm，膜材质： ZrO2膜，外形尺寸为外径12 mm，内径8 mm，长22 mm) ；MICROTRAC S3500型粒度分析仪（美国）；Snimahzhulibror AEL240SM 电子天平(十万分之一) ；UV - 754型紫外可见分光光度计(上海分析仪器厂) ；DHG29053A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)。
1. 2 药材金银花、麦冬、当归，购自南京市药材公司，符合《中国药典》2005年版1部的规定。
2 方法
2.1 中药水提液样品制备称取药材266.7 g，煎煮两次，第1次加10倍量水，煎煮2 h；第2次加5倍量水。煎煮1.5 h，两次煎煮液合并过200目筛网。最后用蒸馏水将药液调至4 L。
2.2 微滤操作在温度为50℃的条件下，将料液加入储槽中,经离心泵循环打入膜组件中错流过滤,渗透液由组件侧面出口流出,截留液流回储槽。流速及过滤压差由阀门调节控制。流速由流量计读数换算而得,过滤压力由进口压力P1和出水压力P2的平均值表示。待通量稳定后测其相应的膜通量。
2.3 果胶含量测定AAS法〔5〕。
2.4 鞣质含量测定干酪素法〔6〕。
2.5 蛋白质含量测定考马斯亮蓝法〔7〕。
2.6 pH的测定取样品20 ml，以校正过的REXDHS-3C精密pH计测定样品的pH 值。
2.7 电导率测定取样品20 ml，在溶液温度为50℃时，测定其电导率。
2.8 浊度测定取样品50 ml，测定样品的50℃浊度值。
2.9 黏度测定取样品20 ml，测定样品在20℃时的粘度值。
2.10 阻力分布测定按照Darcy-Poiseuille定律过滤模型及Mdal－Cin修正模型，将过滤阻力分解为膜阻力、表面沉积阻力、堵孔阻力和浓差极化阻力〔8，9〕 ，分别以Dm，De，Di，Dp 表示。本研究按此方法计算过滤阻力。根据上述原理，在操作压力为0.15 Mpa，膜面流速为3 m/s,温度T为50℃的条件下〔10〕 ，将孔径为0.2 μm的膜在实验装置上错流微滤，待通量稳定后，测其相应的膜通量，可求出各分解阻力Dm，De，Di，Dp及其各自和在总阻力Dt中所占的百分比。
2.11 水提液的粒径分布测定法取30 ml药液，以MICROTRAC S3500型粒度分析仪分析。