探索新型膜分离过程

膜分离作为新型化工单元操作，可在温和、低成本条件下实现物质分子水平的“高效、低耗”分离，而以膜材料为“芯片”再造分离流程可实现物质分离过程的“短流程化”，已成为化学工程的重点发展方向之一。可见，利用膜技术的“高效、节能、降耗”等特征，基础研究与应用研究相结合创制新型功能膜材料，为清洁利用能源和资源生产医药产品提供了可能，也可为传统产业关键技术的更新换代、新兴产业重大关键技术的研发提供持续性的支持和引领。

天津津腾实验设备有限公司了解到有人对中药膜分离技术的研究，并在国家科技支撑计划“基于膜集成技术的中药挥发油高效收集成套技术研究”中，通过对常见50味中药挥发油的表面张力、密度等理化性质的系统研究，发现：油/水体系中挥发油主要以浮油、分散油、乳化油、溶解油4种形态存在。天津津腾实验设备有限公司采用超滤、微滤等膜分离技术，借助油与水因表面张力差距而形成粒径的差异，利用膜孔径和挥发油分子量差异为基础的“筛分”机理，可成功地以物理方法将形成油滴的“浮油”和部分“分散油”进行分离富集。结合笔者项目组多年的工作基础，我们将油/水的2种膜分离过程分别归纳为：

①“超、纳滤”膜分离过程是基于中药挥发油与水的密度、溶解性能、黏度和表面张力等理化性质的较大差别，浮油、分散油等油滴由于在水中所形成粒径尺寸大于膜孔径而被截留富集，溶解油、乳化油等油滴由于其化学组成与膜材料之间存在相互排斥的作用而被截留富集。

②“蒸汽渗透”膜分离过程是基于挥发油多元组分依据各自的物理化学性质不同而在膜内进行动态迁移、再分布，与膜材料具有亲和性的组分被优先自水中吸附分离；其过程在介观尺度表现为挥发油中各类组分与膜界面分子间的相互作用，在宏观尺度则表现为各类组分透膜过程的选择性/渗透量=效应之间的相互制约。

材料化学工程强调依托新材料，如新型分离材料、新型催化材料等发展新的化工技术和理论，特别是新的过程工程技术形成新的流程工艺和集成技术，以达到高效率、低能耗和环境友好的目的。上述中药挥发油膜法分离过程的基础研究与应用实践证明，膜技术由于“节能、降耗、减排”等特征，特别适用于解决中药产业中面临的生产效率低、能耗大、污染高等共性问题。

面向中药产业应用过程的产业升级与绿色发展，天津津腾实验设备有限公司发现有人提出化学工程涉及从材料、过程到系统和产品的宽广领域。建立基于材料化学工程基本原理和实验室成果应用转化为目标的方法学，适用于解决膜材料在中药制药领域推广应用的核心关键问题，推动我国中医药领域基础研究走向产业化。通过基础研究与应用研究相结合创制新型膜材料，是实现“用”材料和“优化”材料的关键。因此，将多尺度科学的创新性成果有效应用于膜过程分离原理的揭示，利用膜技术的“高效、节能、降耗”等特征实现中药挥发油生产过程的节能减排，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，必将为传统产业关键技术的更新换代、新兴产业重大关键技术的研发提供持续性的支持和引领。