CN104472771B

CN104472771B - 一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法

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Publication number: CN104472771B
Application number: CN201410763131.5A
Authority: CN
Inventors: 程金生
Original assignee: MEDICAL COLLEGE OF JIAYING UNIVERSITY
Current assignee: Shenzhen Xihan health Co.,Ltd.
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: CN104472771A

Abstract

本发明公开了一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法，通过制备聚酰胺‑胺型树状大分子(PAMAM)复合纳滤膜，茶水相萃取液，再将复合纳滤膜用于富集分离山茶科植物茶中金属元素，得到茶金属元素萃取浓缩液；将所得茶水相萃取浓缩液经电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子荧光光谱或电感耦合等离子体质谱技术进行检测，确定茶中各金属元素含量。本发明将聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅烷等膜支撑体和聚酰胺‑胺型树状大分子PAMAM复合制成纳滤膜，并应用该纳滤膜富集分离山茶科植物中叶、花、果、根茎等中的硒、锰、铁、锌、钙钒等金属元素，便于后续分析检测。

Description

一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体是一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法。

背景技术

金花茶主要产于于广西南部，越南北部也有分布。近年各地有引种。为常绿灌木或小乔木，高达2～6m，嫩枝无毛。叶长椭圆形至宽披针形或倒披针形。花黄色至金黄色，1～3朵腋生。蒴果扁三角形。花期11～3月，果期10～12月。金花茶稀有名贵，是国家一级重点保护树种，被誉为“茶族皇后”。其花除作观赏外，也可泡茶作饮料，具有药用价值。卫生部2010年第9号文件，批准金花茶、显脉旋覆花(小黑药)诺丽果浆、酵母β-葡聚糖、雪莲培养物等5种物品为新资源食品。研究发现，金花茶叶和花中富含硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、铁、锰、钼、镍、铅、镉、铬、锗、钒等元素。

山茶科(Theaceae)，为双子叶植物纲五桠果亚纲的一科。多为常绿木本，单叶，互生，革质，无托叶。花两性，少数单性。苞片2至多数，脱落或宿存，常具有分类的价值。萼片多数或5数，有时与苞片分不开，二者逐渐过渡，组成苞被片。花瓣多数至5数，白色、红色或黄色；多少合生。雄蕊通常多数，子房上位，少数半下位。3～5室，胚珠通常多个。蒴果，或不开裂的核果和浆果。约30属750种，主要分布亚洲的亚热带和热带。中国有15属500种，主产长江流域以南。

典型的山茶科植物包括金花茶(Camellia nitidissima var.nitidissimaChi.)、茶(Cmaellia sinemsis O.Kuntze.)、茶树(Camellia sinensis)、山茶(Camelliajaponica L.)、茶梅(Camellia sasanqua Thunb.)、油茶(Cmaellia oleifera Abcl.)、红花油茶(Camellia chekiang-oleosa Hu.)、木荷(Schima superba Gard et Champ.)、厚皮香(Ternstroemia grmnanthera(Wight et.Arn.)Spragus.)、离蕊红山茶(Camellialiberistamina)、直脉瘤果茶(Camellia atuberculata Chang)、斑枝红山茶(Spot branchof Camellia)、冬青叶山茶(Camellia ilicifolia Y.K.Li)、缙云山茶(Camelliajingyunshanica)、广西茶(Camellia kwangsiensis Chang)、广南茶(Camelliakwangnanica)、香港红山茶(Camellia hongkongensis Seem)、榕江茶(Camelliayungkiangensis Chang)、龙胜红山茶(Camellia lungshenensis)、四川毛蕊茶(Camellialawii Sealy)、大理茶(Camellia taliensis)、德宏茶(Camellia dehungensis Chang etChen)、怒江红山茶(Camellia saluenensis Stapf ex Bean)、毛叶茶(Camelliaptilophylla H.T.Chang)等。

茶树(Camellia sinensis)为多年生常绿木本植物。一般分为灌木型、乔木型和小乔木型。茶树的叶子可制茶(有别于油茶树)，种子可以榨油，茶树材质细密，其木可用于雕刻。分布主要集中在南纬16度至北纬30度之间，茶树喜欢温暖湿润气候，平均气温10℃以上时芽开始萌动，生长最适温度为20～25℃；年降水量要在1000毫米以上；喜光耐阴，适于在漫射光下生育；一生分为幼苗期、幼年期、成年期和衮老期。树龄可达一二百年，但经济年龄一般为40～50年。我国西南部是茶树的起源中心，目前世界上有60个国家引种了茶树。茶树在山茶科中占据着独特的位置，因为此特殊的植物种主要用作生产全部三种基本茶类：绿茶、乌龙茶和红茶的单一原料源(在本文发明统称为“茶”)。而一些市场所售“白茶”，其实际专门由茶植物的芽或梢生产。就加工而言，一般认为绿茶氧化程度最低，红茶最高。乌龙茶被认为是部分氧化的，处于绿茶和红茶之间的位置。

目前也有一些关于金花茶及其它山茶科植物中微量元素检测分离方面的报道(但在富集方面的工作比较少)，如：彭靖茹等对金花茶花朵不同部位微量元素的含量进行了分析研究。采用微波消解样品，电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定钾、钠、钙、镁、磷、铜、铁、锌、锰、钼、镍、铅、镉、铬的含量。结果表明，花朵中富含微量元素，且而各元素含量在花瓣、花蕊、花粉之中差异较大(彭靖茹,甘志勇.金花茶花朵中微量元素的研究.分析科学学报，2009，4，484-486)。

诸葛纯英等采用高频电感耦合等离子体发射光谱法及催化极谱法，测定了广西部分地区的白毫茶、石龙茶、金花茶、山绿茶、苦丁茶及绞股蓝茶等六种茶叶中铜、锌、铁、锰、钙、镁、钴、铬、锶、钼、硒及锗等12种无机元素含量，并着重讨论了茶叶中微量元素锗，硒特征，为合理饮茶，增进健康预防疾病提供了参考(诸葛纯英，关雄俊.茶叶中锗元素分析.广东微量元素科学，1998，3，61-63)；杨义钧等按照传统的花茶饮用方法对杭白菊茶、野菊花茶、贡菊茶3种菊花茶中钙、镁、铁、锰、铜、锌6种元素进行浸取；用0.45μm微孔滤膜分离浸取液中的可溶态和悬浮态；采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对此3种菊花茶中微量元素的初级形态进行了测定。结果显示：菊花茶中6种元素的提取率在12.4％—80.4％之间,可溶态在水浸液中的比率在74.3％-96.5％之间(杨义钧.3种菊花茶中6种微量元素的初级形态及溶出特性研究.光谱实验室,2009,4，959-962)；白吉庆等采用原子吸收分光光度计法测定Cr、Fe、Zn、Mn、Ni、Mg、Cu的含量,采用原子荧光分光光度法测定Se的含量。研究结果表明，7月份太白药王茶所含8种微量元素中Se、Cr、Cu、Fe、Ni、Mg含量相对较高(白吉庆，王小平，许建强.主成分分析用于太白药王茶中微量元素的含量.陕西中医，2011，10，1394-1397)；黄启为等对古丈毛尖茶中铅(Pb)、汞(Hg)、铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和氟(F)等有碍人体健康的限制性微量元素进行了测定分析,旨在探明古丈毛尖茶的限制性微量元素含量状况(黄启为，黎星辉，唐和平，傅冬和，禹丽君，肖文军.古丈毛尖茶限制性微量元素含量的分析.经济林研究,2001,4，25-26)；潘慧娟等测定了浙江、海南、黄山和贵州苦丁茶样品中铅元素含量。苦丁茶样品经高氯酸、硝酸(1∶4)的混合酸消解,采用石墨炉原子吸收分光光法测定。结果小叶苦丁茶中铅元素含量要显著高于大叶苦丁茶,相比较于海南和黄山大叶苦丁茶样品,浙江苦丁茶中铅元素含量更高。研究表明本次测试的开化、武义和贵州小叶苦丁茶样品中铅含量指标已经超出了《国家茶叶卫生标准》(GB 9679-1988)要求,需引起有关部门重视。(潘慧娟，王超英.我国不同产地苦丁茶中铅元素含量分析.杭州师范学院学报：医学版,2008,4，262-264)；吴一兵等采用微波消解方法处理减肥茶样品后,用ICP-MS法测定样品中铅、汞、镉、砷、铜重金属元素的含量,通过优化ICP-MS仪器测定条件,用内标克服仪器信号漂移及样品基体效应等的影响,建立了ICP-MS法同时测定减肥茶中多种元素的方法,同时对市场上不同厂家及不同批次的7例样品重金属的污染状况进行了评估,为健康安全使用减肥茶提供有益参考(吴一兵，苏建.ICP-MS法测定减肥茶中铅、汞、镉、砷、铜重金属元素.北方药学,2013,4，1-2)；周谙非等采用微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对代用茶中的铅、砷、镧、铈、镨、钕、钐等有害元素的含量进行了测定,方法快速准确、灵敏度高,加标回收率在95.2％-101.8％之间,相对标准偏差小于3％(周谙非，陈光，杨彦丽.微波消解ICP-MS法测定代用茶中多种有害元素.粮油食品科技，2010,1，36-38)。

综上述，现有文献大多集中在金花茶、茶等山茶科植物中各微量元素或铅、汞等限制重金属元素的分析检测。但由于很多金属元素在山茶科植物花、叶、果中含量较少，并不容易测定，检测灵敏度和准确度都面临很大困难，需要首先应用共沉淀法、萃取法、浮选法、离子交换法、吸附分离法、电化学分离法、分子印迹法、纳滤法等技术实现金属元素的富集，然后再进行后续分析检测。

PAMAM通常以乙二胺为中心核,第一步与丙烯酸甲酯进行Michael加成反应，得到0.5代聚酰胺胺树状大分子(记作PAMAM 0.5G),这种反应在25℃下具有很高的选择性；第二步是将得到的0.5代聚酰胺胺树状大分子与过量的乙二胺在25℃下反应,得到1.0代聚酰胺胺树状大分子(记作PAMAM 1.0G)；每重复以上两步反应,分子代数增长1代,在适当条件下,不断重复以上两个步骤就可以得到不同代数的聚酰胺-胺树状大分子了，如第4代(PAMAM4.0G)、第5代(PAMAM 5.0G)树状大分子。PAMAM复合膜首先被应用于超滤膜改性，如利用其端基对Cu(II)离子的高效包覆，使膜对Cu(II)离子的清除率显著提高。Kazama等人采用原位改性的方法，引入壳聚糖-EGDGE-PAMAM体系对PSF中空纤维膜进行表面修饰。壳聚糖与EGDGE形成交联结构，起到作为PAMAM结合载体的作用，制得的复合膜可耐较高气体压力，分离性能优异(S.H.Duan，T.Kouketsu，S.Kazama，K.Yamada，Development of PAMAMdendrimer composite membranes for CO2separation.J.Mem.Sci.，2006，283(l-2)，2-6)。而富有丰富末端氨基的单一的PAMAM树形分子对于溶液中的金属离子有很强的螯合能力，但由于PAMAM良好的亲水能力而作为分离溶液离子的材料并不很方便，而将PAMAM与聚丙烯腈(PAN)等纳滤膜支撑体结合则可充分利用二者的优势。

纳滤(nanofiltration)是一种有别于超滤和反渗透的压力驱动膜技术，其操作压力、有效截留分子量都处于超滤与反渗透之间(如图1)。纳滤膜(nanofiltrationmembrane)孔径在1nm以上，一般1-2nm。是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150-500左右，截留溶解性盐的能力为2-98％之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。在上世纪80年代后期开始实现商品化，早之十余年，Israel脱盐公司研发出一种新型的膜过程，对NaCl的截留率为50％-70％，对有机物小分子的截留率可达到90％，该膜过程被称之为混合过滤(Hybrid Filtration)。这种过滤过程具有纳滤膜典型的特点:一个是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为200-2000；另一个是纳滤膜对多价无机盐有一定的截留率。该膜对大分子和多价离子具有较高的截留率，但对于一价离子的截留却比较低，可以归为纳滤过程。此外，另有文献描述了疏松反渗透(Loose RO)、低压反渗透(Low-pressure RO)、超滤一反渗透(Ultra-osmosis)等过滤过程，实际都为纳滤过程。我国的纳滤膜研究始于二十世纪90年代初，1993年高从垲院士首次提出纳滤膜概念，并首先采用界面聚合法制备了芳香族聚酞胺复合纳滤膜。自此纳滤膜技术受到国内科学工作者的关注，并逐渐成为膜研究的热点(反渗透和纳滤技术与应用.王晓琳，丁宁主编，化工出版社,2005)。

纳滤膜制备的关键是合理调节表层的疏松程度。目前，常见的纳滤膜制备方法主要有复合法、转化法、共混法、荷电化法等。为了改善膜的性能以适应各种工业的特殊需求，近年来研究者们尝试将树状大分子PAMAM(聚酰胺-胺型)引入到分离膜的制备领域。

本发明将聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二甲基硅烷(PDMS)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、醋酸纤维素(CA)、硅橡胶(MPF)、聚酰胺(PA)、聚醚酰胺亚(PEI)或聚酰亚胺(PI,型号Desal-DK或STARMEM)等膜支撑体和聚酰胺-胺型树状大分子(PAMAM)复合制成纳滤膜，并应用该类膜材料实现对金花茶、茶、油茶、茶梅等山茶科植物中锌、硒、锰、铜等金属元素的富集分离。

选用不同的支撑体可以得到性能各异的纳滤膜。如上所述，一般复合纳滤膜的支撑体材料多选用聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚醚亚酰胺等一些有一定亲水性的超滤膜，以此类超滤膜作为支撑膜可使界面聚合的水相单体较容易吸附于膜表面，利于反应在支撑层上进行。而PAN超滤膜和PVDF超滤膜等疏水性材料也可作为复合纳滤膜的支撑体。PAN具有良好的耐溶剂性、化学稳定性和热稳定性，而且价格低廉，成膜条件不苛刻，是一种性能良好的膜材料。聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的耐腐蚀及耐酸碱性能，化学稳定性好，机械强度高，抗吸附污染性好，耐紫外线老化，分离透过通量高，广泛应用于制膜工业。PAN与PVDF都具有一定的疏水性，影响了界面聚合的水相单体在膜表面的吸附，可以通过对支撑膜进行一定的前处理可以改善亲水性。PAN基膜上具有不饱和的腈基，可以通过碱处理将腈基水解成羧基，前处理改善了亲水性，并且可使梭基与复合层的端胺基形成较为稳定的化学键，增强支撑层与复合层的吸附。PVDF超滤膜经过强氧化剂处理，也可改善亲水性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法，具体步骤包括：

1)PAMAM的制备

PAMAM以乙二胺为核心，第一步将乙二胺与丙烯酸甲酯进行Michael加成反应，得到0.5代聚酰胺胺树状大分子，记作PAMAM G0.5,该反应在25℃下进行；第二步是将得到的0.5代聚酰胺-胺型树状大分子与乙二胺在25℃下反应,得到1.0代聚酰胺-胺型树状大分子，记作PAMAM G1.0；每重复以上两步反应,分子代数增长1代,在适当条件下,不断重复以上两个步骤得到不同代数的PAMAM；

2)超滤膜的前处理及复合纳滤膜的制备

a)PAN超滤膜的前处理及PAN-PAMAM复合纳滤膜的制备

PAN超滤膜的前处理：将PAN超滤膜浸泡于30℃的2mol·L^-1NaoH溶液处理lh，之后取出浸泡于2mol·L^-1HCl溶液30min，

PAN-PAMAM复合纳滤膜的制备：(l)将前处理过的超滤膜浸泡于PAMAM水溶液中不少于10min，(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存；透过通量由如下公式计算：J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算：R＝(C_f-C_p)/C_f；

b)PVDF超滤膜的前处理及PAN-PAMAM复合纳滤膜的制备

PVDF超滤膜的前处理：以4％KMnO₄的KOH溶液在80℃下对PVDF超滤进行强氧化处理5min，再在NaHSO₃溶液的酸性还原环境中进行亲核反应；

PVDF-PAMAM复合纳滤膜的制备：(l)将前处理过的超滤膜浸泡于PAMAM水溶液中不少于10min，(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min，之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存；透过通量由如下公式计算：J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算:R＝(C_f-C_p)/C_f；

3)茶水相萃取液的制备

采摘新鲜茶叶、花或果实，挑选、洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的茶叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声1.2-1.8h，得提取液B，合并提取液A和B，得到水相的茶叶、花或果实萃取液；

4)应用复合纳滤膜富集分离茶中金属元素

取上述制备好的PAN-PAMAM复合纳滤膜或PVDF-PAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将茶水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子及70-95％的溶剂水分子通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是一价离子的浓缩液；重复上述纳滤过程1-2次，得茶水相浓缩液；

5)上述所得茶水相浓缩液经电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子荧光光谱或电感耦合等离子体质谱技术进行检测，确定茶中各金属元素含量。

作为本发明进一步的方案：所述方法适用于包括金花茶、茶树、山茶、茶梅、油茶、红花油茶、木荷、厚皮香、离蕊红山茶、毛叶茶、德宏茶、直脉瘤果茶与斑枝红山茶等山茶科植物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅烷、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、硅橡胶、聚酰胺、聚醚酰胺亚或聚酰亚胺等膜支撑体和聚酰胺-胺型树状大分子PAMAM复合制成纳滤膜，并应用该类纳滤膜富集分离金花茶、山茶、茶梅、油茶、红花油茶、木荷、厚皮香、离蕊红山茶、毛叶茶、德宏茶、直脉瘤果茶、斑枝红山茶等山茶科植物中叶、花、果、根茎等中的硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、钼、镍、铅、镉、铬、汞、镓、钒等金属元素，便于后续分析检测。

附图说明

图1为纳滤膜工作原理示意图。

图2为纳滤在膜分离技术中所处位置示意图。

图3为2.0G PAMAM树状大分子示意图。

图4为PAMAM发散法合成路线。

图5为PAN超滤膜表面水解过程。

图6为PAN/PAMAM(1.0G)复合纳滤膜表面分子结构示意图。

图7为复合纳滤膜构成图。

图8为PVDF超滤膜表面的亲水处理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，2.0G PAMAM的制备：-0.5G PAMAM的制备：称量20g甲醇于三口烧瓶中，通氮气，在冰浴条件下，将2g乙二胺滴加至20g甲醇中，室温搅拌2h脱氧，再滴加46g丙烯酸甲酯，在黑暗中室温下搅拌48h。在0.15-0.70kPa室温下除去多余溶剂，得无色液体；2.0G PAMAM的制备：在三口烧瓶中加入2g-0.5GPAMAM和10ml甲醇，通氮气搅拌2h。将约120g乙二胺置于另一三口烧瓶中，在冰浴条件下逐渐加甲醇约60g，再冷却至0-5℃，在冰浴调节下将含-0.5G的甲醇溶液缓缓滴至乙二胺的甲醇溶液中，滴毕，室温黑暗中搅拌62h。在0.15-0.70kPa室温调节下除去多余的溶剂，得淡黄色液体。循环上述步骤若干次即得2.0GPAMAM制备。

PAN超滤膜的前处理:将PAN超滤膜浸泡于30℃的2mol·L-1NaoH溶液处理lh，之后取出浸泡于2mol·L-1HCl溶液30min，使膜表面发生羧基化反应:对PAN超滤膜进行前处理可以提高支撑膜的亲水性单体PAMAM的接触，同时，反应在膜表面生成的-COOH有利于支撑膜与水相可以与PAMAM的端胺基通过离子键相结合。这种形式的离子键结合可以提高复合层与支撑膜之间的结合力，同时有利于提高水通量。PAN/PAMAM(1.0G)复合纳滤膜表面分子结构如图6所示。由于反应单体在两相界面接触，反应仅在界面进行，生成的薄膜为纳米级别。由此得到的复合纳滤膜很薄，在具备较高截留率的同时不会过度损失透过通量，兼具良好的选择性和透过性。

PAN-2.0GPAMAM复合纳滤膜的制备(PAN膜表面生成的-COOH与2.0G PAMAM的端胺基通过离子键相结合)，具体的制备操作如下：(l)将前处理过的超滤膜浸泡于2.0G PAMAM水溶液中不少于10min，使PAMAM分子充分地扩散于超滤膜表面及膜孔内；(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，去除表面上残留水滴及气泡；(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min，之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存。透过通量由如下公式计算:J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算:R＝(C_f-C_p)/C_f。

金花茶萃取液的制备：采摘新鲜金花茶叶、花或果实，按照《中华人民共和国药典》(2010年版)遴选出最鲜嫩、最优质金花茶叶、花或果实，洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的金花茶叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声约1.5h，得提取液B，合并提取液A和B，得到水相的金花茶叶、花或果实萃取液。

复合纳滤膜富集分离金花茶金属元素：取上述制备好的PAN-2.0G PAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将金花茶水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子如钠、钾等及溶剂水分子绝大部分通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是滤除大部分水及一价离子的浓缩液。重复上述纳滤过程1-2次，一价离子和溶剂水分子可滤除得更为彻底。最后得金花茶水相浓缩液。

元素含量检测：上述所得水相浓缩液经电感耦合等离子体原子发射光谱法检测，确定金花茶叶、花或果中硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、钼、镍、铅、镉、铬、汞、镓、钒等金属元素含量。

实施例2

1.0G PAMAM的制备：-0.5G PAMAM的制备：称量20g甲醇于三口烧瓶中，通氮气，在冰浴条件下，将2g乙二胺滴加至20g甲醇中，室温搅拌2h脱氧，再滴加46g丙烯酸甲酯，在黑暗中室温下搅拌48h。在0.15-0.70kPa室温下除去多余溶剂，得无色液体；1.0G PAMAM的制备：在三口烧瓶中加入2g-0.5GPAMAM和10ml甲醇，通氮气搅拌2h。将约120g乙二胺置于另一三口烧瓶中，在冰浴条件下逐渐加甲醇约60g，再冷却至0-5℃，在冰浴调节下将含-0.5G的甲醇溶液缓缓滴至乙二胺的甲醇溶液中，滴毕，室温黑暗中搅拌62h。在0.15-0.70kPa室温调节下除去多余的溶剂，得淡黄色液体。循环上述步骤若干次即得1.0G PAMAM制备。

PVDF超滤膜前处理：采用化学试剂对PVDF进行前处理是一种较为简便的提高膜表面亲水性的方法。PVDF的化学性质稳定，需要引入强氧化剂和强碱在高温下对其进行处理。以4％KMnO₄的KOH溶液在80℃下对PVDF超滤进行强氧化处理5min，随即在NaHSO3溶液的酸性还原环境中进行亲核反应。使PVDF膜表面形成亲水性羟基。

PVDF-1.0G PAMAM复合纳滤膜的制备：具体的制备操作如下:(l)将前处理过的超滤膜浸泡于1.0G PAMAM水溶液中不少于10min，使1.0G PAMAM分子充分地扩散于超滤膜表面及膜孔内；(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，去除表面上残留水滴及气泡；(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min，之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存。透过通量由如下公式计算:J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算:R＝(C_f-C_p)/C_f。

山茶水相萃取液的制备：采摘新鲜山茶叶、花或果实，按照《中华人民共和国药典》(2010年版)遴选出最鲜嫩、最优质山茶叶、花或果实，洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的山茶叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声约1.5h，得提取液B，合并提取液A和B，得到山茶叶、花或果实的水相萃取液；

复合纳滤膜富集分离山茶中金属元素：取上述制备好的PVDF-1.0G PAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将山茶叶、花或果实水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子如钠、钾等及溶剂水分子绝大部分通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是滤除大部分水及一价离子的浓缩液。重复上述纳滤过程1-2次，一价离子和溶剂水分子可滤除得更为彻底。最后得山茶叶、花或果实水相浓缩液。

元素含量检测：上述所得水相浓缩液经电感耦合等离子体质谱检测，确定山茶叶、花或果中硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、钼、镍、铅、镉、铬、汞、镓、钒等金属元素含量。

实施例3

3.0G PAMAM的制备：-0.5G PAMAM的制备：称量20g甲醇于三口烧瓶中，通氮气，在冰浴条件下，将2g乙二胺滴加至20g甲醇中，室温搅拌2h脱氧，再滴加46g丙烯酸甲酯，在黑暗中室温下搅拌48h。在0.15-0.70kPa室温下除去多余溶剂，得无色液体；3.0G PAMAM的制备：在三口烧瓶中加入2g-0.5GPAMAM和10ml甲醇，通氮气搅拌2h。将约120g乙二胺置于另一三口烧瓶中，在冰浴条件下逐渐加甲醇约60g，再冷却至0-5℃，在冰浴调节下将含-0.5G的甲醇溶液缓缓滴至乙二胺的甲醇溶液中，滴毕，室温黑暗中搅拌62h。在0.15-0.70kPa室温调节下除去多余的溶剂，得淡黄色液体。循环上述步骤若干次即得3.0G PAMAM制备；

PAN超滤膜的前处理：将PAN超滤膜浸泡于30℃的2mol·L-1NaoH溶液处理lh，之后取出浸泡于2mo·L-1HCl溶液30min，使膜表面发生羧基化反应。

PAN-3.0G PAMAM复合纳滤膜的制备(PAN膜表面生成的-COOH与3.0G PAMAM的端胺基通过离子键相结合)，具体的制备操作如下:(l)将前处理过的超滤膜浸泡于3.0G PAMAM水溶液中不少于10min，使3.0G PAMAM分子充分地扩散于超滤膜表面及膜孔内；(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，去除表面上残留水滴及气泡；(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min，之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存。透过通量由如下公式计算:J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算:R＝(C_f-C_p)/C_f。

茶梅萃取液的制备：采摘新鲜金花茶叶、花或果实，按照《中华人民共和国药典》(2010年版)遴选出最鲜嫩、最优质金花茶叶、花或果实，洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的金花茶叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声约1.5h，得提取液B，合并提取液A和B，得到水相的茶梅叶、花或果实萃取液。

复合纳滤膜富集分离茶梅中金属元素：取上述制备好的PAN-3.0G PAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将金花茶水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子如钠、钾等及溶剂水分子绝大部分通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是滤除大部分水及一价离子的浓缩液。重复上述纳滤过程1-2次，一价离子和溶剂水分子可滤除得更为彻底。最后得茶梅叶、花或果水相浓缩液。

元素含量检测：上述所得水相浓缩液经原子荧光光谱检测，确定茶梅叶、花或果中硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、钼、镍、铅、镉、铬、汞、镓、钒等金属元素含量。

实施例4

4.0G PAMAM的制备：-0.5G PAMAM的制备：称量20g甲醇于三口烧瓶中，通氮气，在冰浴条件下，将2g乙二胺滴加至20g甲醇中，室温搅拌2h脱氧，再滴加46g丙烯酸甲酯，在黑暗中室温下搅拌48h。在0.15-0.70kPa室温下除去多余溶剂，得无色液体；4.0G PAMAM的制备：在三口烧瓶中加入2g-0.5GPAMAM和10ml甲醇，通氮气搅拌2h。将约120g乙二胺置于另一三口烧瓶中，在冰浴条件下逐渐加甲醇约60g，再冷却至0-5℃，在冰浴调节下将含-0.5G的甲醇溶液缓缓滴至乙二胺的甲醇溶液中，滴毕，室温黑暗中搅拌62h。在0.15-0.70kPa室温调节下除去多余的溶剂，得淡黄色液体。循环上述步骤若干次即得4.0G PAMAM制备；

PVDF超滤膜前处理：采用化学试剂对PVDF进行前处理是一种较为简便的提高膜表面亲水性的方法。PVDF的化学性质稳定，需要引入强氧化剂和强碱在高温下对其进行处理。以4％KMnO₄的KOH溶液在80℃下对PVDF超滤进行强氧化处理5min，随即在NaHSO₃溶液的酸性还原环境中进行亲核反应。使PVDF膜表面形成亲水性羟基；

PVDF-4.0G PAMAM复合纳滤膜的制备：具体的制备操作如下：(l)将前处理过的超滤膜浸泡于4.0G PAMAM水溶液中不少于10min，使4.0G PAMAM分子充分地扩散于超滤膜表面及膜孔内；(2)取出沥干膜表面多余的溶液，并用玻璃棒平稳地刮过膜表面，去除表面上残留水滴及气泡；(3)置于空气中阴干2-3min至表面无明显液体，然后浸泡到均苯三甲酰氯的正己烷溶液中进行缩聚反应；(4)反应一定时间后，挥发表面残留溶剂，并放于烘箱进行热处理15min，之后置于室温下阴干待用；(5)纳滤膜使用过后浸泡于去离子水中室温保存。透过通量由如下公式计算:J＝V/(A·t)；截留率由如下公式计算:R＝(C_f-C_p)/C_f。

香港红山茶水相萃取液的制备：采摘新鲜香港红山茶叶、花或果实，按照《中华人民共和国药典》(2010年版)遴选出最鲜嫩、最优质香港红山茶叶、花或果实，洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的山茶叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声约1.5h，得提取液B，合并提取液A和B，得到水相的香港红山茶、花或果实的水相萃取液。

复合纳滤膜富集分离香港红山茶中金属元素：类似的，取上述制备好的PVDF-4.0GPAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将山茶叶、花或果实的水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子如钠、钾等及溶剂水分子绝大部分通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是滤除大部分水及一价离子的浓缩液。重复上述纳滤过程1-2次，一价离子和溶剂水分子可滤除得更为彻底。最后得香港红山茶叶、花或者果实的水相浓缩液。

元素含量检测：上述所得水相浓缩液经电感耦合等离子体质谱检测，确定香港红山茶叶、花或果中硒、锰、铁、锌、钙、镁、磷、铜、钼、镍、铅、镉、铬、汞、镓、钒等金属元素含量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种基于复合纳滤膜的山茶科植物茶中金属元素富集分离方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)PAMAM的制备

PAMAM以乙二胺为核心，第一步将乙二胺与丙烯酸甲酯进行Michael加成反应，得到0.5代聚酰胺-胺型树状大分子，记作PAMAM G0.5,该反应在25℃下进行；第二步是将得到的0.5代聚酰胺-胺型树状大分子与乙二胺在25℃下反应,得到1.0代聚酰胺-胺型树状大分子，记作PAMAM G1.0；每重复以上两步反应,分子代数增长1代,在适当条件下,不断重复以上两个步骤得到不同代数的PAMAM；

2)超滤膜的前处理及复合纳滤膜的制备

超滤膜包括PAN超滤膜与PVDF超滤膜；

a)PAN超滤膜的前处理及PAN-PAMAM复合纳滤膜的制备

PAN超滤膜的前处理：将PAN超滤膜浸泡于30℃的2mol·L^-1NaoH溶液处理lh，之后取出浸泡于2mol·L^-1HCl溶液30min；

b)PVDF超滤膜的前处理及PVDF-PAMAM复合纳滤膜的制备

PVDF超滤膜的前处理：以4％KMnO₄的KOH溶液在80℃下对PVDF超滤膜进行强氧化处理5min，再在NaHSO₃溶液的酸性还原环境中进行亲核反应；

3)茶水相萃取液的制备

采摘新鲜山茶科植物的叶、花或果实，挑选、洗净干燥后用中药粉碎机粉碎；粉碎后的叶、花或果实0.5公斤；加入去离子水2L，利用索氏提取器提取5-6h，得提取液A；提取后残渣加入1L去离子水，在40-60℃条件下超声1.2-1.8h，得提取液B，合并提取液A和B，得到水相的叶、花或果实萃取液；

4)应用复合纳滤膜富集分离茶中金属元素

取上述制备好的PAN-PAMAM复合纳滤膜或PVDF-PAMAM复合纳滤膜，装入纳滤装置中，将茶水相萃取液泵入纳滤装置中，随着料液在中央渗透物管中流动，经过复合纳滤膜时，一价离子及70-95％的溶剂水分子通过纳滤膜滤出，而经由中央渗透物管另一端流出的则是滤除大部分一价离子的浓缩液；重复上述纳滤过程1-2次，得茶水相浓缩液。