面向中药产业新型分离过程的特种膜材料与装备设计、集成及应用

人类社会的发展历程是以材料为主要标志的。《学术引领系列·国家科学思想库·未来10年中国学科发展战略:材料科学》指出:材料科学已经成为现代科学技术赖以发展与深化的实质性环节,对科学技术的发展起着基础和先导作用;一类新材料的出现还可以带动一个产业领域的诞生。过程工业对资源、能源的过度消耗和对环境的污染已经成为制约人类社会可持续发展的瓶颈问题,而化学工程一直是实现物质高效转化和能量有效利用的重要手段,进入21世纪,化学工程的目标已转化为:依托性能优越、环境友好和功能齐备的新型结构功能材料发展新的过程工业技术,形成新的工艺流程和集成技术,以达到高效、低耗、无污染的目的。膜技术以先进分离材料为载体,可在温和、低成本条件下实现物质分子水平的分离,特别适合现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,已成为解决当代人类面临的能源、水资源、环境等领域重大问题的共性关键技术。膜材料与装备应用于中药产业可显著提升生产效率。通过分析膜材料与技术在国外医药产业和国内中医药产业的应用概况,面向中药产业应用过程的产业升级与绿色发展,提出将材料化学工程理论与方法引入中医药领域,开展具有自主知识产权的原创研究,构建以膜分离技术为核心的新型分离过程、分离流程及其专属装备,实现中药生产过程的节能减排。通过阐述20年来本课题组在中药及其复方水提液体系、油水混合体系等复杂体系分离过程产业化基础研究探索与工程化应用实践,为建立以特种膜技术为核心的中药新型分离过程的设计、集成与应用提供理论基础与应用示范。

中药酚酸类成分在PES膜分离过程中的透过机制研究

为探索中药水提液中小分子药效成分的膜分离过程透过机制。以中药酚酸类成分作为模型溶质,选择5种相对分子质量相近且结构相似的酚酸类成分,即没食子酸、原儿茶酸、对羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸、水杨酸,进行聚醚砜(PES)膜的膜分离实验。以膜分离过程中的相对通量和透过率作为指标,结合扫描电镜(SEM)和电化学交流阻抗谱(EIS),分析不同酚酸类成分透过机制。结果表明,相对分子质量相近的酚酸类成分透过情况并不相同,并随着溶质浓度的升高相对通量出现衰减,溶质透过增加;从分子结构上分析膜分离过程的透过现象发现:酚酸类化合物的透过率随羟基数目的增加而增加,从取代基的位置上表现出的透过率为对位取代>间位取代>邻位取代;电化学交流阻抗谱反映了电荷排斥在膜分离过程中的作用,即阻抗越大,溶质透过越少。因此,中药酚酸类成分在PES膜中的透过现象是多种机制共同作用的结果,并不是简单的受筛分机制的影响,还存在空间位阻和电荷排斥的作用。