復(fù)方川芎膠囊含油水體超濾液反滲透過(guò)程工藝參數(shù)優(yōu)化研究

1、復(fù)方川芎膠囊含油水體超濾液反滲透過(guò)程工藝參數(shù)優(yōu)化研究【摘要】  目的 考察用卷式反滲透膜濃縮復(fù)方川芎膠囊含油水體超濾液過(guò)程中,藥液溫度、操作壓力、濃縮倍數(shù)、pH值等參數(shù)對(duì)膜過(guò)程及截留率的影響,進(jìn)行膜過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)。方法 以復(fù)方川芎膠囊揮發(fā)油含油水體超濾液為研究對(duì)象,測(cè)定不同操作參數(shù)下膜通量、截留率的變化。結(jié)果 對(duì)于本體系合適的操作壓差為1.6 MPa,操作溫度3540 左右,pH值為910。結(jié)論 采用卷式反滲透膜對(duì)復(fù)方川芎膠囊揮發(fā)油含油水體超濾液進(jìn)行反滲透濃縮,在適當(dāng)操作條件下可取得較好膜通量和截留率。 【關(guān)鍵詞】  復(fù)方川芎膠囊；卷式反滲透膜；反滲透濃縮；膜通量；截留率&#

2、160;   Abstract：Objective To investigate the effect of liquid temperature, pressure, concentration, pH parameters on the membrane process and rejection in the process of using reverse osmosis membrane to concentrate oil-bearing water bodies ultrafiltrate of Compound Chuanxiong Capsules, an

3、d optimize the process. Methods With oil-bearing water bodies ultrafiltrate of Compound Chuanxiong Capsules volatile oil as the research object, the changes in flux under different operating parameters was measured. Results For this system, suitable operation parameters was as follows：pressure was 1

4、.6 MPa, temperature was 3540 , pH was 910. Conclusion Using reverse osmosis membrane to concentrate oil-bearing water bodies ultrafiltrate of Compound Chuanxiong Capsules volatile oil, better flux and rejection can be obtained at the appropriate operating conditions.Key words：Compound Chuanxiong Cap

5、sules；volume-type reverse osmosis membrane；reverse osmosis concentration；membrane flux；rejection     復(fù)方川芎膠囊由川芎、當(dāng)歸兩味藥組成,功能活血化瘀、通脈止痛,用于冠心病、心絞痛屬心血瘀阻者。其組方中當(dāng)歸、川芎的揮發(fā)油對(duì)復(fù)方療效的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用,而揮發(fā)油的提取只能收集芳香水,而不能直接得到揮發(fā)油。    本試驗(yàn)采用5萬(wàn)分子量的PS膜對(duì)復(fù)方川芎膠囊含油水體進(jìn)行超濾1-5,超濾液用復(fù)合反滲透膜進(jìn)行小分子濃縮實(shí)驗(yàn)6-13,

6、其中反滲透濃縮試驗(yàn)以膜通量、截留率為指標(biāo),體系以阿魏酸為指標(biāo)成分,綜合考察不同藥液溫度、操作壓力、pH值、濃縮倍數(shù)等工藝參數(shù)對(duì)膜過(guò)程的影響,進(jìn)行反滲透膜過(guò)程參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。1  儀器與試藥    Agilent 1100 series(AGILENT USA)；PHSJ-4A實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)(復(fù)合電極E201-C型,上海精密科學(xué)儀器有限公司)；JW-OM-1812膜設(shè)備(江蘇久吾膜科技發(fā)展有限公司)。    反滲透膜：截鹽率99%NaCl,型號(hào)1812,材質(zhì)復(fù)合,有效面積0.3 m2(美國(guó)陶氏)；超濾膜：5萬(wàn)分子量,材質(zhì)PS,美國(guó)

7、陶氏。    當(dāng)歸、川芎購(gòu)自安徽省亳州市藥材總公司中藥公司,經(jīng)鑒定符合2005年版中華人民共和國(guó)藥典(一部)規(guī)定。2  方法與結(jié)果2.1  揮發(fā)油的提取    分別取當(dāng)歸、川芎各10 kg,用水蒸氣蒸餾法(通水蒸餾法)提取約8 h至無(wú)油餾出,得含油水體。2.2  含油水體的超濾    復(fù)方川芎膠囊揮發(fā)油提取過(guò)程中,油水常常是發(fā)生乳化而難以分離,為了獲取揮發(fā)油,將含油水體用截留分子量5萬(wàn)的PS膜進(jìn)行超濾(操作條件：壓力0.15 MPa,溫度為室溫),得透過(guò)液,即為反滲透原液。2

8、.3  反滲透工藝流程    將料液加入儲(chǔ)槽中,經(jīng)離心泵循環(huán)打入膜組件中錯(cuò)流過(guò)濾,滲透液由組件側(cè)面出口流出,分離過(guò)程中滲透液返入儲(chǔ)料槽中,以保證料液濃度不變,截留液流回儲(chǔ)槽。過(guò)濾壓差由進(jìn)口壓力和出水壓力取平均值而得,見(jiàn)圖1。2.4  膜通量測(cè)定方法    V：取樣時(shí)間內(nèi)滲透液體積(L)；S：膜面積(m2)；t：取樣時(shí)間(h)；J：膜通量(L/m2·h)。2.5  阿魏酸含量測(cè)定方法    照2005年版中華人民共和國(guó)藥典(一部)高效液相色譜法(附錄D)測(cè)定。色譜條件

9、：Kromasil反相C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 m)；流動(dòng)相：乙腈-0.085%磷酸溶液(2575)；檢測(cè)波長(zhǎng)：316 nm；柱溫：35 ；流量：1.0 mL/min；靈敏度：0.5 AUFS；進(jìn)樣量：10 L；理論塔板數(shù)以阿魏酸峰計(jì)算不低于5 000。2.6  壓力與膜通量和截留率的關(guān)系    操作條件：操作溫度為35 ,操作壓差分別為1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 MPa,記錄各壓力條件下穩(wěn)定通量的數(shù)據(jù)。待膜通量穩(wěn)定后,同時(shí)取滲透液和濃縮液,測(cè)指標(biāo)成分含量,計(jì)算截留率(%)。膜通量隨壓力變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2,壓

10、力與截留率的關(guān)系見(jiàn)圖3。    從圖2中可以看出,通量是隨壓力的變化而變化的,當(dāng)壓力升高時(shí),通量也在不斷的升高,當(dāng)壓力在1.01.6 MPa之間時(shí),通量升高的速度較快,以后逐漸趨于平緩,升高速度減慢,增幅不大。這可能是雙重因素作用的結(jié)果。壓差升高,一方面使?jié)B透液透過(guò)速度加快,通量增加；另一方面,引起凝膠層的壓實(shí),使過(guò)濾阻力增大,通量下降。在低壓部分時(shí),可能是前一因素起主要作用,壓力升高則通量增大；在高壓部分時(shí),可能后一因素逐漸起主要作用,壓力升高則穩(wěn)定通量下降。在本體系中,以壓力控制在1.6 MPa較為合適。    從圖3可以看出,隨

11、操作壓力的增大,截留率略有所增加,當(dāng)達(dá)到1.6 MPa時(shí),截留率達(dá)到最大值,隨后又略有下降。2.7  溫度與膜通量和截留率的關(guān)系    操作條件：壓力差1.2 MPa,操作溫度從20 逐漸升至40 ,過(guò)濾同時(shí)記錄通量數(shù)據(jù)。待膜通量穩(wěn)定后,同時(shí)取滲透液和濃縮液,測(cè)指標(biāo)成分含量,計(jì)算截留率。膜通量隨溫度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4,溫度與截留率的關(guān)系見(jiàn)圖5。    由圖4可以看出,溫度是影響膜通量的顯著因素,在壓力、濃度、流速不變的情況下,反滲透膜濃縮復(fù)方超濾液的通量隨溫度的升高也在不斷地升高。這是由于溫度的升高引起藥液粘度的減小,傳質(zhì)擴(kuò)散系

12、數(shù)增大,促進(jìn)膜表面溶質(zhì)向主體運(yùn)動(dòng),減薄了濃差極化層,從而增加膜通量。2035 膜通量增長(zhǎng)緩慢,溫度達(dá)到40 時(shí)增幅較大。單純從通量來(lái)看,溫度高一點(diǎn)較好,但對(duì)生產(chǎn)而言,過(guò)高的溫度引起能耗增大,所以,溫度的選取需綜合考慮設(shè)備投資、運(yùn)行成本、對(duì)揮發(fā)油穩(wěn)定性及膜的耐溫性能(45 ),所以我們選擇膜運(yùn)行時(shí)的最佳溫度為3540 。    從圖5可以看出,隨操作溫度的升高,截留率略有所增,2025 時(shí)截留率相對(duì)較低,3540 升高到一個(gè)較理想的水平。2.8  濃縮倍數(shù)與膜通量和截留率的關(guān)系    操作條件：壓力差1.4 MPa,操作溫度4

13、0 ,過(guò)濾同時(shí)記錄通量數(shù)據(jù)。待膜通量達(dá)到一定濃縮倍數(shù)時(shí),同時(shí)取滲透液和濃縮液,測(cè)指標(biāo)成分含量,計(jì)算截留率。不同濃縮倍數(shù)對(duì)膜通量的影響見(jiàn)圖6,濃縮倍數(shù)與截留率的關(guān)系見(jiàn)圖7。    圖6表明,在濃縮過(guò)程中,隨著料液濃度增高,通量不斷下降。通量的下降將會(huì)加速膜污染,同時(shí)會(huì)增加滲透壓,造成成本的增加,所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,我們要控制料液的最大濃縮倍數(shù)。    從圖7可以看出,隨濃縮倍數(shù)的升高,截留率逐漸升高,之后呈下降趨勢(shì)。2.9  pH值與膜通量和截留率的關(guān)系    pH值對(duì)膜通量也存在一定的的影響。

14、將復(fù)方川芎膠囊超濾液用反滲透復(fù)合膜進(jìn)行膜分離處理,操作條件：壓力差1.4 MPa,操作溫度40 ,分別在pH值為56、910的條件下過(guò)濾,同時(shí)記錄通量數(shù)據(jù)。待膜通量穩(wěn)定后,同時(shí)取滲透液和濃縮液,測(cè)指標(biāo)成分含量,計(jì)算截留率。    結(jié)果表明,在濃縮過(guò)程中pH值為910料液的通量大于pH值為56料液的通量；pH值為910時(shí)可獲得較高截留率。料液的pH值不同,膜過(guò)程也有較大差異,當(dāng)然,對(duì)于料液的其他理化性質(zhì),比如濁度、電導(dǎo)率、粘度等也會(huì)不同程度地影響膜過(guò)程。對(duì)于不同的料液體系,pH值調(diào)節(jié)方向也不一致,我們需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)摸索膜過(guò)程的最佳pH值。3  結(jié)論與討論&

15、#160;   本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)復(fù)合反滲透膜濃縮復(fù)方川芎膠囊超濾液的過(guò)程優(yōu)化研究,考察了膜過(guò)程參數(shù),以滲透通量為指標(biāo),確定了適用于本體系的溫度、操作壓力、pH值、濃縮倍數(shù)等工藝參數(shù)對(duì)膜過(guò)程的影響,確定最佳膜分離工藝條件,結(jié)果最佳壓力1.6 MPa,最佳溫度3540 ,最佳pH值910。    當(dāng)壓力小于1.6 MPa時(shí),指標(biāo)成分截留率隨著壓力的增加而上升；當(dāng)壓力大于1.6 MPa時(shí),截留率隨著壓力增加而呈下降趨勢(shì)。與優(yōu)選的最佳壓力通量吻合。該現(xiàn)象的原因可根據(jù)優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流模型來(lái)解釋。壓力升高,流速會(huì)降低,“滯流層”的厚度和濃度會(huì)增加。當(dāng)壓力小于1

16、.6 MPa時(shí),“滯流層”的指標(biāo)成分濃度在細(xì)孔模型所允許的范圍內(nèi),指標(biāo)成分的透過(guò)量變化不大,其膜通量增加,即導(dǎo)致其截留率上升。當(dāng)壓力大于1.6 MPa時(shí),“滯流層”厚度和濃度增加到一定值,有可能超過(guò)細(xì)孔模型所允許的范圍,壓力已經(jīng)達(dá)到反滲透膜最佳運(yùn)行壓力范圍的上限,此時(shí),膜攔截溶質(zhì)的能力已大為減弱,溶質(zhì)開(kāi)始大量透過(guò)膜片,導(dǎo)致其截留率呈下降趨勢(shì)。整體上來(lái)講,反滲透膜對(duì)溶質(zhì)溶液的截留率在一定壓力范圍內(nèi)溶液隨壓力的變化不大。    壓力不變,在膜的運(yùn)行溫度范圍內(nèi),隨操作溫度的升高,截留率略有所增加,2025 時(shí)截留率相對(duì)較低,3540 時(shí)升高到一個(gè)較理想的水平。與優(yōu)選的最

17、佳溫度通量吻合。這一現(xiàn)象可用細(xì)孔模型和溶解擴(kuò)散模型解釋,溫度升高,水和溶質(zhì)在膜中的轉(zhuǎn)移率都應(yīng)該升高,但是操作壓力控制在最佳運(yùn)行壓力范圍內(nèi),膜攔截溶質(zhì)形成“滯流層”,“滯流層”的指標(biāo)成分濃度就在細(xì)孔模型所允許的范圍內(nèi),指標(biāo)成分的透過(guò)量變化不大,所以水的轉(zhuǎn)移率升高占主導(dǎo),造成膜通量增大,截留率增高。    在濃縮兩倍之前,截留率隨濃縮倍數(shù)增大而上升,之后則開(kāi)始呈下降趨勢(shì),濃縮一倍時(shí)截留率較低可能與膜未壓實(shí)有關(guān)。這一現(xiàn)象可根據(jù)細(xì)孔理論來(lái)解釋。細(xì)孔理論表明：在本實(shí)驗(yàn)中,濃縮兩倍的濃度可能還未超出細(xì)孔理論所限定的范圍,溶質(zhì)濃度不斷增加,“滯流層”厚度和濃度不斷增加,溶質(zhì)截留

18、率略有升高,但溶質(zhì)的透過(guò)量變化不是很大。而同時(shí),膜通量下降導(dǎo)致截留率降低,但下降趨勢(shì)不是很大。綜合溶質(zhì)透過(guò)量和膜通量?jī)煞矫娴囊蛩?截留率呈略微上升的趨勢(shì)。濃縮2倍以后,該濃度值可能已經(jīng)超過(guò)細(xì)孔理論所限定的范圍,溶質(zhì)濃度的進(jìn)一步增加導(dǎo)致其透過(guò)膜片的量開(kāi)始逐步增加,因此,截留率會(huì)呈下降趨勢(shì)。從整體上來(lái)講,反滲透膜對(duì)溶質(zhì)的截留率在一定濃度范圍內(nèi)隨溶液濃度的變化不大,可視為不變。    pH值910時(shí)可獲得較高截留率。升高料液的pH值,可使指標(biāo)成分阿魏酸離子化,pH值的改變不僅會(huì)改變物質(zhì)的帶電狀態(tài),也改變膜的性質(zhì),從而影響吸附,故是膜污染的控制因素之一?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】  1 空軍北京醫(yī)院藥局.超濾法制備中草藥注射液的實(shí)驗(yàn)研究J.中草藥, 1980,11(6)：248252.2 空軍北京醫(yī)院藥局.超濾法制備復(fù)方中藥注射液的