图1 InoCep 陶瓷中空纤维膜

中空纤维陶瓷膜是新一代的陶瓷膜技术，结合了传统多通道陶瓷膜和有机中空纤维膜的特点，具有分离效率高、过滤表现稳定、膜使用寿命长、易清洗、单位装填面积大等优点。凯发专利的InoCep中空纤维陶瓷膜拥有一系列大小的膜孔径，可适应化工、食品、医药等不同行业生产工艺中过滤提纯、物料浓缩的应用需求。该产品应用于中药提取分离中，膜通量可达到300LMH，经过简单碱洗和酸洗后，膜通量可彻底恢复。

众所周知，陶瓷膜分离技术在工业生产领域中应用得越来越广泛，它能有效取代传统分离仪器，如水力旋流器、板框压滤机和离心机等。陶瓷膜主要的优势在于经济性佳、效率高及分离精度准确，能在微米甚至纳米范围内进行分离。此外，陶瓷膜在高温和酸碱度等极端的过滤条件里也能表现得十分出色，并且还能处理含油、高粘度、含溶剂及含微生物等料液，这些都是有机膜所无法媲美的。

InoCep中空纤维陶瓷膜

InoCep独特之处在于其无机陶瓷膜材质和有机中空纤维膜的产品结构相结合，使其同时具备了无机陶瓷膜和有机中空纤维膜的技术优点。

耐高温和极端酸碱度

InoCep采用纯α-氧化铝材料，经高温烧结制成，膜元件两端采用环氧树脂为密封浇铸材料，（图1展示烧结后的InoCep膜丝和集成后的膜组件）。从制膜工艺以及制膜材料α-氧化铝材料的化学和机械稳定性可以确定InoCep膜产品能承受高温和极端的酸碱度，能应用于条件苛刻的工业领域。

InoCep膜组件有3种尺寸，膜元件直径分别为1”、4”及8”（表1总结了InoCep膜组件规格）。图1里展示了40nm孔径InoCep陶瓷膜的扫描电子显微镜(SEM)图像。如图2(a)所见，InoCep膜表层光滑及无裂缝，而图2(b)的横面图呈现α-氧化铝涂层经烧结后覆盖在支撑层上。

多规格的膜孔径选择

InoCep系列膜产品具有多种过滤孔径，应用范围横跨微滤和超滤领域。其中800nm和1400nm的膜孔径为对称膜结构；20nm、40nm、100nm和200nm为不对称膜结构。表2中总结了InoCep膜丝的规格。多种过滤孔径规格的产品，可满足不同工艺需求。

图3 InoCep陶瓷膜和多通道膜的进水通流比较

分离效率高及过滤面积大

对于传统管式陶瓷膜,处于内侧通道的膜滤出液需要渗透过较厚的膜管壁,经过一条长而参差不齐的道路才能取出。此外，滤出液所能渗出的有效面积也局限于膜外层表面面积。InoCep中空纤维结构拥有较薄的膜管壁，能大幅度降低膜滤出液流通阻力，各个膜纤维在过滤时具有更好的水力特性，各个膜丝的滤出液透过膜薄壁外层直接进入产水通道，从而扩大过滤面积及提高分离效率和表现（如图3）。
高效的清洗过程

传统管式陶瓷膜系统多依靠正向冲洗及化学清洗清除污染物，反洗工艺因其结构局限性使用效果很差。InoCep膜系统在清洗工艺上可有效结合正向冲洗、反洗、化学清洗工艺，在相同工况与传统管式陶瓷膜相比具有更好的清洗效果。凭借InoCep独特的中空纤维结构，在反冲洗过程中能有效清洗每一个膜丝，恢复过滤性能，达到更有效的CIP和延长膜使用寿命。

图4 实验处理流程

InoCep陶瓷膜在中药行业中的应用

国内某大型中药生产企业，某种产品生产工艺是将中药水煎液经聚丙烯滤布预处理后（温度60℃左右），用一定孔径的超滤陶瓷膜过滤除杂，陶瓷膜滤液进入纳滤膜系统进行浓缩。在工艺开发过程中使用了凯发公司InoCep中空纤维陶瓷膜产品，该产品具有卓越的热稳定性、高通量、清洗方便、耐酸碱和使用寿命长等特点。采用合适孔径的InoCep陶瓷膜处理中药水煎液，比传统管式陶瓷膜具有更好的膜通量和运行稳定性，从而提高生产效益。

中试信息

实验采用Hydrochem HFC-800-3中试实验设备，InoCep中空纤维陶瓷膜：孔径40nm，100nm，200nm；膜面积：0.8m2。实验处理料液为A中药水煎液、B中药水煎液。实验流程如图4所示。

中试结果

中试共进行了四个批次的实验，前两批实验采用孔径为100nm和200nm的陶瓷膜处理B中药水煎液，后两批实验则分别采用孔径100nm和40nm的陶瓷膜处理A中药水煎液。实验过程通过循环水冷却维持运行操作温度。

1. InoCep陶瓷膜处理B中药水煎液实验

B中药水煎液颗粒粒径在640nm左右，预处理后经陶瓷膜过滤除杂质，为后续进入纳滤系统进一步浓缩作预处理。

（1）100nm陶瓷膜处理结果

第一批实验考察100nm超滤膜处理B水煎液的效果，B药液加热升温后进膜系统，进膜温度为54?℃，设定进出膜压力为2.4/1.55kg/cm2的条件下，总过滤料液体积约107L，浓缩8.7倍，运行过程膜通量和温度变化趋势见图5。

整个过滤过程来看，100nm陶瓷膜的膜通量较高，膜平均通量为274LMH，起始通量接近350LMH，随着浓缩倍数的增大，料液中固含量的浓度不断升高，膜通量逐渐降低，到过滤结束，浓缩倍数达到8.7倍时，膜通量仍超过200LMH，可见InoCep中空纤维陶瓷膜对B中药水煎液的处理效果较好，膜通量也较大。

（2）200nm陶瓷膜处理结果

第二批实验采用200nm陶瓷膜进行实验，所处理水煎液同第一批。在进出膜压力为2.5/1.7kg/cm2的条件下，水煎液进膜温度为50℃，总过滤水煎液体积为101L，浓缩6.56倍，其中11:02~11:22运行阶段为未出料循环过滤，膜通量和温度变化趋势见图6。

较100nm孔径的陶瓷膜，200nm陶瓷膜的膜通量有明显提高，膜平均通量为375LMH，初始膜通量高达565LMH，浓缩6.56倍时，通量仍可达到300LMH以上。由于膜通量较大，在过滤浓缩结束后，采取循环过滤方法（浓缩液和透过液均返回原料罐）考察了在一定压力下，温度和膜通量变化情况，在20min的循环过滤过程中，膜通量和温度表现出了明显的正相关性，温度升高相应的膜通量也较大。

100nm和200nm的InoCep中空纤维陶瓷膜组件对B中药水煎液处理，均表现了较强的处理能力。由于过滤料液的颗粒远大于膜孔径，膜孔径较大的200nm的膜组件处理能力要明显强于100nm膜组件。

2. InoCep陶瓷膜处理A中药水煎液试验

A中药水煎液的颗粒粒径在120nm左右，预处理后经陶瓷膜过滤除杂质，为后续进入纳滤系统进一步浓缩作预处理。

（1）100nm陶瓷膜处理结果

第三批实验考察100?nm超滤膜处理A中药水煎液的效果，A中药水煎液升温后，进膜温度为50℃，设定进出膜压力为2.4/1.45kg/cm2的条件下，总过滤料液体积约180L，浓缩6倍，膜平均通量为91.5LMH，运行过程膜通量和温度变化趋势见图7。

整个过滤过程来看，100nm陶瓷膜处理A中药水煎液的膜通量不高，膜平均通量仅为91.5LMH，且随着浓缩倍数的增大，膜通量衰减较快，至过滤结束时膜通量衰减到40LMH，此时浓缩倍数6倍。衰减较快的原因可能是预处理过程不完善，料液中有较多泥沙等杂质。另外，由于该中药水煎液的颗粒粒径与膜孔径接近，膜孔易被堵塞，从而导致膜通量衰减较快。

（2）40nm陶瓷膜处理结果

针对100nm陶瓷膜处理A中药水煎液通量衰减较快的情况，第四批实验采用40nm陶瓷膜进行实验，所处理药液同第三批实验。在进出膜压力为1.7/0.65kg/cm2的条件下，A中药水煎液进膜温度为55?℃，总过滤料液体积约172L，浓缩7.9倍，膜通量和温度变化趋势见图8。

比较100nm孔径的陶瓷膜，40nm陶瓷膜的膜通量有明显提高。实验初期，进出膜压力为2.6/1.55kg/cm2，膜通量衰减较快，调节进出膜压力为1.7/0.65kg/cm2，提高膜表面流速后，膜通量衰减较平稳。膜平均通量为150LMH，高于100nm孔径膜组件。提高表面流速后，膜通量的衰减程度明显降低。

3. 陶瓷膜清洗实验

在陶瓷膜进行每批实验后，均采用化学清洗来恢复膜通量，减少膜污染带来的实验误差。在试验中，陶瓷膜在每批处理后采用碱洗和酸洗的方式即可来实现膜通量的完全恢复。清洗效果见表3，从表中可以看出每次清洗效果均较好都能达到清除膜污染恢复膜通量的要求。

4. 实验结论

InoCep中空纤维陶瓷膜能应用于中药提取液过滤，膜通量高；

InoCep中空纤维陶瓷膜清洗简单方便，经过碱洗和酸洗后，膜通量可彻底恢复；

InoCep中空纤维陶瓷膜孔径的选择应根据提取液的粒径分布情况决定，避免选择膜孔径与提取液粒径相似的膜组件；

选择合适的进膜压力和表面流速可减缓膜表面污染。

结论

InoCep陶瓷膜具有优良的无机材质和独特的中空纤维结构，是当前陶瓷膜分离技术的突破性发展。在中药提取分离中，InoCep表现出了良好的性能，具有通量高，清洗恢复能力强，运行方便等优点，在中药提取分离行业中将有广泛的应用前景。