中藥含油水體膜清洗方法的選擇

中藥含油水體膜清洗方法的選擇

中醫(yī)藥的提取物作用是中醫(yī)發(fā)揮作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前中藥生產(chǎn)最為常用水蒸氣蒸餾工藝,收集到的多為含油芳香水,揮發(fā)油收率低。我們的前期研究結(jié)果表明:此類含油水體中揮發(fā)油一般以浮油,分散油、乳化油,溶解油等4種形態(tài)存在于油水混合液中。膜分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)油水分離可行而有效的方法,對(duì)分散油和乳化油乃至溶解油的適應(yīng)性均很強(qiáng),分離率大于90%,且具有膜組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染、流程縮短、設(shè)備能耗低等的優(yōu)點(diǎn)。然而,在膜分離技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中,膜表面會(huì)被它截留的各種物質(zhì)所覆蓋,膜孔也會(huì)被更細(xì)小的物質(zhì)堵塞。從而造成分離性能下降,膜污染出現(xiàn)11.1聚偏氟乙烯膜和聚醚膜超濾杯膜裝置(上海摩速300mL超濾杯);截留分子量為7萬(wàn)的聚偏氟乙烯膜(PVDF)和截留分子量為3萬(wàn)的聚醚砜膜(PES),膜面積均為0.145m1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖實(shí)驗(yàn)裝置如插頁(yè)圖1所示:電子天平和微型計(jì)算機(jī)相聯(lián),微型計(jì)算機(jī)每分鐘自動(dòng)計(jì)數(shù),從而準(zhǔn)確的獲得通量數(shù)值。1.3試劑鹽酸,氫氧化鈉,十二烷基苯磺酸鈉均為分析純。1.4試驗(yàn)溶液某中藥制藥企業(yè)采用水蒸氣蒸餾工藝所收集的含油水體。22.1試驗(yàn)過(guò)膜時(shí)間選取PES3萬(wàn)和PVDF7萬(wàn)膜樣本(新膜),浸泡10min后預(yù)壓10min,測(cè)量清水通量。然后,將試驗(yàn)料液在相同條件下進(jìn)行過(guò)膜,并測(cè)量過(guò)膜通量。每次過(guò)膜時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1。2.2化學(xué)清洗方法文獻(xiàn)報(bào)道有關(guān)膜清洗的方法很多,由于是較為脆弱的平板有機(jī)膜,限制了某些物理方法如機(jī)械清洗,超聲等方法。因而,本文為化學(xué)清洗方法。清洗方法為:將污染后膜樣本浸泡在清洗劑中,一段時(shí)間后將膜樣本取出,然后用純水清洗表面。2.3二烷基苯磺酸鈉l/l膜清洗劑分別為0.1mol/LHCl;0.1mol/LHCl+0.2%NaOH;0.2%NaOH;0.2%NaOH+0.1mol/LHCl;1%十二烷基苯磺酸鈉;實(shí)驗(yàn)室自配清洗劑以及濃度為50%、75%乙醇。2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)量膜前通量:對(duì)浸泡10min后的膜,預(yù)壓10min后的清水通量。即為每分鐘滲透過(guò)膜表面的藥液質(zhì)量,針對(duì)本實(shí)驗(yàn)體系,單位為g/min。測(cè)量10次,取平均值。膜時(shí)通量:對(duì)實(shí)驗(yàn)藥液進(jìn)行過(guò)膜,測(cè)量其通量,時(shí)間30min。在前10min內(nèi),通量衰減很快,隨后的時(shí)間內(nèi),通量處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)通量平均值為膜時(shí)通量。膜后通量:膜過(guò)程結(jié)束后,使用清水過(guò)膜,測(cè)量其通量。清洗后通量:膜樣本清洗完畢后,使用清水過(guò)膜,測(cè)量其通量。2.5分析對(duì)膜的清洗效果用純水通量的恢復(fù)系數(shù)r來(lái)表征:r=j式中:j33.1膜過(guò)程通量清洗酸洗為膜工業(yè)中常用的清洗方法,針對(duì)本污染體系,進(jìn)行了酸洗研究。使用體積分?jǐn)?shù)0.1%HCl溶液進(jìn)行清洗。膜過(guò)程通量如插頁(yè)圖2所示,清洗結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明:酸能夠部分除去殘留在膜上的某些污垢,使出水通量有了一定的增加,但效果并不理想。3.2膜污染模型的清洗堿洗同樣為膜工業(yè)中常用的清洗方法,針對(duì)本實(shí)驗(yàn)體系:采用0.2%NaOH溶液進(jìn)行對(duì)膜污染模型的清洗研究。膜過(guò)程通量如插頁(yè)圖3所示。清洗結(jié)果見表3。結(jié)果表明:堿對(duì)于部分殘留在膜上的某些污垢,有一定的去除作用。然而,由于皂化反應(yīng),膜表面的油類物質(zhì)可以與堿結(jié)合,生成很細(xì)微的絮狀沉淀,附著于膜表面,導(dǎo)致清洗效果不理想。3.3酸洗和洗滌劑上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,酸和堿對(duì)于膜污染后的通量都可有一定程度的恢復(fù),但單獨(dú)使用酸洗或者堿洗都不能獲得最佳的清洗效果。這是因?yàn)楹退w的組分十分復(fù)雜,單一的酸洗或堿洗往往沒有顯著效果3.3.1膜過(guò)程通量測(cè)試使用0.1mol/LHCl0.5h+0.2%NaOH0.5h。即先在0.1mol/LHCl內(nèi)浸泡30min,然后在0.2%NaOH內(nèi)浸泡30min。膜過(guò)程通量如插頁(yè)圖4所示。結(jié)果見表4:無(wú)論對(duì)于PES膜和PVDF膜,純水通量的恢復(fù)系數(shù)r均達(dá)到了90%以上,效果較為理想。說(shuō)明使用0.1mol/LHCl0.5h+0.2%NaOH0.5h的清洗方法適宜本污染體系的清洗。3.3.2改性時(shí)間和清洗次數(shù)對(duì)膜表面形態(tài)的影響使用0.2%NaOH0.5h+0.1mol/LHCl0.5h。即先在0.2%NaOH內(nèi)浸泡30min,然后在0.1mol/LHCl內(nèi)浸泡30min。膜過(guò)程通量如插頁(yè)圖5所示。結(jié)果見表5:PES膜和PVDF膜的純水通量的恢復(fù)系數(shù)r分別為75.9%、79.5%。清洗效果明顯不如先酸后減洗。為什么清洗劑相同,僅僅是清洗次序不同,導(dǎo)致清洗的結(jié)果不同?其原因可能是:酸對(duì)污染后膜表面凝膠層的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用,但卻不能完全將其洗脫。而堿雖對(duì)污染后的膜表面有一定的清洗作用,但由于皂化反應(yīng),膜表面的油類物質(zhì)與堿結(jié)合,生成很細(xì)微的絮狀沉淀,附著于膜表面,導(dǎo)致膜的清洗結(jié)果不理想。而先使用酸洗再使用堿洗,不僅避免了堿與膜表面的油類物質(zhì)產(chǎn)生絮狀沉淀;而且先用酸洗后破壞了污染膜表面凝膠層的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),再用堿洗就充分發(fā)揮了其對(duì)污染表面的清洗作用。3.4對(duì)膜污染模型進(jìn)行清洗乙醇為有機(jī)溶劑,對(duì)于膜污染樣本的油類物質(zhì)有著優(yōu)良的溶解性。針對(duì)本實(shí)驗(yàn)體系:嘗試使用不同濃度的乙醇對(duì)膜污染模型進(jìn)行清洗。初步考察了不同濃度的乙醇對(duì)污染膜樣本的清洗性能。清洗結(jié)果見表6?？梢娨掖紝?duì)于通量恢復(fù)的作用明顯,然而在使用95%的乙醇進(jìn)行清洗時(shí),我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)浸泡5min后,膜通量增大,提示高濃度的乙醇可能導(dǎo)致材質(zhì)為PES和PVDF的有機(jī)膜的孔徑增大。3.5清洗后產(chǎn)生的效果針對(duì)油水分離的污染模型,許多文獻(xiàn)報(bào)道使用表面活性劑,如十二烷基苯磺酸鈉可以獲得理想的清洗效果。針對(duì)此污染膜樣本,使用1%的十二烷基苯磺酸鈉進(jìn)行清洗。結(jié)果表明(表7):單純使用十二烷基苯磺酸鈉,清洗效果并不理想。3.6膜通量恢復(fù)效果為了使膜更有效的恢復(fù)