膜分离技术在麻黄碱生产中的应用研究

2008,Vol.25 No.7化学与生物工程
Chemistry & Bioengineering
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收稿日期:2008-03-25
作者简介:沈瑞敏(1981-),女,湖北随州人,硕士研究生,主要从事膜分离技术应用及清洁生产工艺研究;通讯联系人:万端极,教
授。E-mail:srmd2000@163·com。
膜分离技术在麻黄碱生产中的应用研究
沈瑞敏,胡　兵,张　莹,夏　炎,陈　莹,万端极
(湖北工业大学化学与环境工程学院,湖北武汉430068)
摘　要:采用膜分离技术对麻黄碱提取液进行除杂、浓缩,以降低苛化工段NaOH和二甲苯用量,并减少废水产生
量。确定一级膜最佳型号为微滤膜Ⅰ,麻黄碱透过率高达98·56%、杂质截留率达27·95%;二级膜最佳型号为纳滤膜
Ⅱ,麻黄碱截留率高达100%、滤液可直接回用提取工序;经两级膜处理后提取液体积减少到原来的9·2%,废水量减少
85%。
关键词:膜分离技术;麻黄碱;除杂;浓缩
中图分类号:TQ 461 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2008)07-0058-03
麻黄是我国的传统中药,有解表、散寒、平喘、止
咳、利水等功能和松弛平滑肌、收缩血管及中枢兴奋等
作用,可治疗风寒感冒、气喘、水肿及支气管哮喘等疾
病[1]。其中起主要活性作用的成分麻黄碱[2],占生物
总碱的80%~85%[3],市场价格约为每吨40万人民
币。目前,国内麻黄碱的生产主要采用热水提、碱转
化、二甲苯萃取的工艺方法,其工艺路线见图1。
图1　原有麻黄碱生产工艺路线
Fig.1　Old route of ephedrine production
该工艺设备简单、操作容易,但是碱和二甲苯的用
量过大,在二甲苯萃取工序每生产1 t麻黄碱产生
1100 m3的高pH值废水,对环境造成了严重的污染。
膜技术是一项发展极其迅速的新型分离技术,具有能
耗低、操作温度低、不发生相变、不改变体系化学性质
等优点,在中药提取、制药、食品、水处理、海水淡化等
领域已获得广泛应用。我国是世界上唯一天然麻黄碱
生产国,鲁传华[4]曾在实验室研制了一种致密膜对麻
黄碱提取液进行纯化,但未对其进行工业化应用研究。
作者在此选用一级膜对提取液进行除杂,再由二级膜
进行浓缩,二级膜滤液回用于提取工序,以减少废水产
生量。其工艺路线见图2。
图2　膜技术麻黄碱生产工艺
Fig.2　Membrane technology of ephedrine production
1　实验
1·1　原料、试剂与仪器
麻黄提取液,内蒙古金陀药业有限公司。
盐酸麻黄碱、盐酸伪麻黄碱标准品,Sigma公司。
膜中试设备由湖北工业大学膜技术研究所制造;
微滤膜(膜面积0·24 m2),美国Pall公司;纳滤膜(膜
面积2 m2),美国Osmoles公司;戴安VWD3100型高
效液相色谱仪。
1·2　方法
1·2·1　一级膜型号的确定
一级膜主要用于去除料液中的悬浮颗粒

及大
部分蛋白质等大分子物质,减少二级膜负荷。目标
产物麻黄碱的相对分子量较小,故选择截留分子量
较大或孔径较大的微滤膜Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ进行实验。沈瑞敏等:膜分离技术在麻黄碱生产中的应用研究/2008年第7期59
即麻黄草浸提液经滤网过滤后,分别用上述4种膜
进行除杂实验,计量所得滤液和浓缩液并取样检
测。
1·2·2　二级膜型号的确定
二级膜旨在对一级膜的滤液进行浓缩,减小进
入二甲苯萃取工段的料液体积,从而降低后续工段
的碱用量和二甲苯用量,并使滤液回用提取工序。
根据麻黄碱分子量小的特性选择两种纳滤膜进行
比较。分别对纳滤膜Ⅰ和纳滤膜Ⅱ的滤液进行计
量并取样检测。
1·3　检测方法
麻黄碱采用HPLC法测定。色谱条件:柱温
35℃,流动相:乙腈/磷酸水溶液=0·195/5。
固形物采用GB/T 5501-1985测定。
COD采用分光光度法测定。
2　结果与讨论
2·1　一级膜选型
一级膜的通量衰减曲线见图3,微滤膜的过滤和
检测结果见表1。
图3　一级膜通量衰减曲线
Fig.3　Flux dye-away curves of the first process
表1一级膜过滤和检测结果
Tab.1　Filtration and determination results of the first process
膜型号浓缩液L滤液L浓缩倍数倍平均通量L·h-1·m-2麻黄碱透过率/%固形物截留率/%
微滤膜Ⅰ8·65 171·35 20·8 226·36 98·56 27·95
微滤膜Ⅱ7·50 141·50 20·0 252·22 98·59 18·61
微滤膜Ⅲ7·58 142·42 19·8 78·90 85·61 30·54
微滤膜Ⅳ9·00 171·00 20·0 198·57 97·29 26·62
由图3和表1可知,膜的平均通量大小依次为:微
滤膜Ⅱ>微滤膜Ⅰ>微滤膜Ⅳ>微滤膜Ⅲ,其中微滤
膜Ⅲ的通量仅相当于微滤膜Ⅱ通量的26·93%,同时
麻黄碱透过率也较低。这是因为浸提液中的蛋白质、
胶体以及悬浮物微粒在膜面吸附、沉积,形成凝胶层,
其中外形尺寸与微滤膜Ⅲ孔径相近的物质进入膜孔,
使膜形成深层污染,膜通量显著降低,不能满足生产的
需要。微滤膜Ⅱ和微滤膜Ⅰ通量较大,且运行稳定,能
够满足生产的需要,其中微滤膜Ⅰ通量较长时间维持
在稳定的平台区,这是因为此膜材料经改性后具有亲
水性,蛋白质不易吸附在膜表面和孔内,膜污染较轻。
由表1还可知,微滤膜Ⅰ和微滤膜Ⅱ对麻黄碱的
透过率较高,但微滤膜Ⅱ去除蛋白质及其它固形物的
效果不如微滤膜Ⅰ好。这是因为微滤膜Ⅰ孔径比微滤
膜Ⅱ小,且其材料的亲水性也有利于截留蛋白质。故
选择微滤膜Ⅰ为微滤除杂用膜,其工作条件为:进口压
力0·26 MPa、出口压力0·14 MPa、操作温度60℃、表
面流速3·5 m·s-1,在此条件下平均通量达226·36 L
·h-1·m-2,可浓缩20·8倍。
2·2　二级膜选型
二级膜的过滤和检测结果见表2,通量衰减曲线
见图4。

表2二级膜过滤和检测结果
Tab.2 Filtration and determination results of the second process
膜型号浓缩液量/L滤液量/L浓缩倍数/倍平均通量/L·h-1·m-2麻黄碱透过率/%滤液COD/mg·L-1滤液电导率/μS·cm-1
纳滤膜Ⅰ7·84 72·16 10·2 27·68 1·5 496 1743·0
纳滤膜Ⅱ7·77 72·23 10·3 19·96 0·0 111 162·6
由表2可知,纳滤膜Ⅱ对麻黄碱截留完全,电导率
接近生活用水,COD降至111 mg·L-1,低于国家标
准150 mg·L-1,可直接回用提取工序;但纳滤膜Ⅰ滤
液中有麻黄碱透过,产品损失达1·5%,脱盐效果也较
差,滤液还需进一步处理才能达到排放要求。此外由
图4可知,纳滤膜Ⅰ通量较大且相对稳定;纳滤膜Ⅱ通
量衰减较快且相对较小。其原因是物料中大分子物质
主要带负电荷,与带正电纳滤膜Ⅱ膜材料相互吸引,在
膜面形成一层动态膜,使麻黄碱和其它小分子都不易
透过,所以纳滤膜Ⅱ通量偏低但对麻黄碱的截留率较
高;纳滤膜Ⅰ膜材料带负电,与物料中带负电荷的大分
子物质相排斥,不易形成动态膜,因而其通量较高、对
麻黄碱的截留率偏低。故选用纳滤膜Ⅱ为浓缩用膜,
其工作条件为:进口压力2·9 MPa、出口压力2·8
MPa、温度65℃,在此条件下平均通量达19·96 L·
h-1·m-2,可浓缩10·3倍。沈瑞敏等:膜分离技术在麻黄碱生产中的应用研究/2008年第7期60
图4　二级膜通量衰减曲线
Fig.4　Flux dye-away curves of the second process
经两级膜处理后,提取液体积减少到原来的
9·2%,废水量减少85%,并可回用提取工序。
3　结论
(1)确定麻黄碱提取液除杂用膜为微滤膜Ⅰ,可浓
缩20·8倍,浓缩液经两次等体积水洗后,可使麻黄碱
透过率达98·56%以上,膜平均通量达226·36 L·h-1
·m-2、杂质截留率达27·95%;浓缩用膜为纳滤膜Ⅱ,
可浓缩10·3倍,平均通量达19·96 L·h-1·m-2、麻
黄碱截留率高达100%、滤液COD降至111 mg·
L-1、电导率降至162·6μS·cm-1,可直接回用提取工
序。
(2)经过两级膜处理,提取液体积减少到原来的
9·2%,从而使后续过程中NaOH和二甲苯的用量大
大减少;同时麻黄碱生产中的废水产生量减少85%,
大大减轻了污水处理负荷。
参考文献:
[1]　中国大百科全书出版社编辑部.中国大百科全书(生物学)[M].
北京:中国大百科全书出版社, 1991: 933.
[2]　江苏新医学院.中药大辞典(下册)[M].上海:上海人民出版社,
1977: 2222.
[3]　程巨龙,曹淡君.纤维素酶用于改进麻黄碱萃取工艺的研究[J].
沈阳农业大学学报, 1993,24(S):74-80.
[4]　鲁传华.麻黄碱的膜法萃取[J].安徽中医学院学报, 2002, 21
(1):49-50.
Study on the Application of Membrane Separation Technology
in the Production of Ephedrine
SHEN Rui-min,HU Bing,ZHANG Ying,XIA Yan,CHEN Ying,WAN Duan-ji
(School of Chemical and Enviornmen

tal Engineering, Hubei University of Technology,Wuhan430068,China)
Abstract:Ephedrine extract was treated by membrane separation technology to lower use level of NaOH
and xylene and to reduce the wastewater output.Experiments showed that the optimal membrane for impurity
removal was microfiltration membraneⅠ.The permeation rate for ephedrine was 98·56%, and the impurity re-
moval rate was 27·95%.The optimal membrane for concentration was nanofiltration membraneⅡ.The reten-
tion rate for ephedrine reached 100%, so the filtrate could be reused in extraction procedure.The volume of ex-
traction liquor decreased to 9·2% and wastewater decreased by 85% after treated by two-stage membrane sepa-
ration technology.
Keywords: membrane separation technology; ephedrine; impurity removal;condensation
齐鲁用替代催化剂生产PP效果好
齐鲁石化公司塑料厂日前在聚丙烯(PP)装置上试用新型催化剂生产SP179树脂产品,获得了成功。这将结
束该厂长期以来生产此产品依赖国外高价催化剂的历史。
SP179树脂是该厂聚丙烯装置的主要产品,生产中使用的催化剂一直由国外一家公司独家垄断经营,价格居
高不下。为了打破这一局面,该厂组织技术人员进行科学研究和市场调研,寻求替代产品,最终决定试用格雷斯
公司的XPO8501催化剂。他们与供应厂商进行了多次技术交流,合理修订了装置各项工艺参数,制订了科学的
试产方案,日前顺利试生产了449 t SP179产品。质量检验表明,产品各项性能指标均达到了技术标准。经测
算,使用替代催化剂可使SP179产品吨成本降低56元,年增效益近150万元。
(摘编)