CN114159985B - 一种用于提纯薰衣草精油的复合膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提纯薰衣草精油的复合膜及其制备方法，方法包括用水将管式无机膜预堵孔后，对膜外表面浸涂水玻璃过渡层，之后浸涂酸催化的丁基三甲氧基硅烷、1,8‑双(三乙氧基硅)辛烷和乙醇的反应液，热处理共缩合即得。该复合膜具有柔性长碳链辛基和短链丁基调控膜的刚性和柔性和微结构，具有良好的耐溶剂性，尤其是对精油中的特征组分中的含量比较高的乙酸薰衣草酯、芳樟醇等具有耐受性，形成的微结构对精油中的非特征组分具有优先选择性，比特征组分渗透速率更快，通量更大，从而使得未透过膜的精油的特征组分含量得到提高，满足国内外产品标准的含量指标。使用该复合膜提纯薰衣草精油操作简单、占地小、能耗低、产品品质好。

Description

一种用于提纯薰衣草精油的复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及膜材料制备技术领域，特别涉及一种用于提纯薰衣草精油的复合膜及其制备方法。
背景技术
薰衣草精油是萃取提炼薰衣草花瓣得到的精华物质，精油提取是通过加热的方法使植物细胞破裂从而释放出精油的过程。薰衣草精油在香水、护肤品等方面应用广泛，同时具有降血压、镇静催眠、抑菌、抗氧化等作用。国外薰衣草主产于地中海沿岸及欧洲等国家，如法国、保加利亚、俄罗斯等。从薰衣草提取精油的批量方法普遍采用水蒸气蒸馏法，水蒸气蒸馏法是将植物原料与水混合后，通过加热，使精油中各组分根据其蒸汽压的不同随水蒸气一起蒸馏出来，经冷凝水冷凝后得到分层的油状物质。
在精油初提的过程中，存在蒸馏过程中油水分离不净，及批次混合后出现的成分指标差异性很大的问题，这就造成了薰衣草油的质量不稳定、规格不统一、品质低下等问题，使薰衣草精油产品很难达到国标GBT12653-2008和国际标准ISO 3515-2002的要求。目前精油进一步提纯主要通过精馏技术解决，精油技术存在下述问题：精油成分比较复杂，有上百种组分，大部分组分沸点都超过200℃，采用精馏技术操作温度高，能耗好，而且温度过高热敏性物质会分解，对产品品质有影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种可以提纯薰衣草精油的复合膜及其制备方法。该复合膜具有较强的耐溶剂性，通量大，能有效将精油中的非特征组分的杂质进行渗透，而未透过膜的精油的特征组分含量得到提高，满足出口产品的含量指标。使用该复合膜操作简单、占地小、能耗低、产品品质好。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于提纯薰衣草精油的复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)预堵孔：将管式无机膜在水中浸泡；
(2)过渡层制备：将预堵孔后的管式无机膜浸入水玻璃溶液中，对膜外表面进行浸涂后干燥；
(3)涂膜：将涂膜液浸涂到步骤(2)得到的膜表面后干燥，得到复合膜前体；所述涂膜液的制备方法为：在搅拌下向丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷和乙醇的混合液中滴加酸；
(4)共缩合：将所述复合膜前体热处理进行共缩合，即得。
优选的，步骤(1)中管式无机膜的载体为氧化铝、刚玉或莫来石，上层为氧化铝、氧化钛或氧化锆，膜平均孔径为5～100nm。
优选的，步骤(1)中所述的管式无机膜经过清洗。所述清洗的方法为：超声震荡10～30min。清洗的作用是去除无机膜管表面残留的杂质。
优选的，步骤(1)中所述的浸泡为在20～35℃下浸泡0.5～2h。
优选的，步骤(2)中所述预堵孔后的管式无机膜自水中取出后垂直放置1～5min，至膜表面停止滴水后立即浸入所述水玻璃溶液中。
优选的，步骤(2)中所述的浸涂为在20～30℃下浸涂10～120s。
优选的，步骤(2)中所述水玻璃溶液中SiO2的含量为8～20wt％。
优选的，步骤(2)中所述的干燥为于30～50℃干燥4～8h。
优选的，步骤(3)中，1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、酸的摩尔比为(0.02～0.2):(0.1～0.8):(1～10):(0.01～1)。
优选的，所述酸的浓度为1mol/l。
优选的，步骤(3)中所述的酸为盐酸、硫酸或硝酸。
优选的，步骤(3)中所述的滴加的速度为0.02～1ml/min。
优选的，步骤(3)中所述的搅拌的温度为0～15℃，搅拌的时间为2～8h。
优选的，步骤(3)中所述的浸涂的时间为10～120s。
优选的，步骤(3)中所述的干燥为在室温干燥2～8h。
优选的，步骤(4)中所述的热处理的温度为150～300℃，升降温速率为0.5～2℃/min。
本发明还提供上述制备方法制得的用于提纯薰衣草精油的复合膜。
相比于现有技术，本发明优点在于：
(1)在薰衣草精油提纯领域，传统技术是利用组分间挥发度差异实现分离的精馏技术，本发明首次采用复合分离膜技术对薰衣草精油进行提纯，操作简单、占地小、能耗低、产品品质好，避免了因操作温度高导致的能耗高、产品分解的问题。
(2)精油的主要组分有上百种有机组分，国标主要特征组分为芳樟醇(20～43wt％)、乙酸芳樟酯(25～47wt％)、乙酸薰衣草酯(0～8wt％)、樟脑(≤1.5)等，其他次特征组分还有苧烯、1,8-桉叶素、3-辛酮、薰衣草醇、α-松油醇、β-石竹烯等，组分的特性比如极性、沸点和分子量等差别均很大，体系比较苛刻，复合膜的载体必须耐溶剂性好，本发明选取耐各类有机溶剂的无机载体，耐避免因使用有机载体不耐各类有机溶剂导致膜损坏的问题。
(3)为了制备高通量的复合膜，在膜制备过程中，在支撑层和有效分离层间有必要形成一个过渡层，本发明使用两步进行预处理形成过渡层，且原料成本低，容易获取。第一步使用水先填充无机膜的小孔，防止预涂液进入孔中，导致支撑层阻力比较大，水成本比较低，且和预涂液相容性好；第二步使用稀释的水玻璃作为预涂液作为过渡层，而不使用制备比较复杂的氧化铝、氧化锆溶胶，成本比较低，且容易成膜。
(4)本发明首次使用1,8-双(三乙氧基硅)辛烷和丁基三甲氧基硅烷作为共聚物的前躯体。通过柔性长碳链辛基和短链丁基的配比，调控复合膜的刚性、柔性和微结构，使其制备的复合膜具有良好的耐溶剂性，尤其是对精油中的特征组分中的含量比较高的乙酸薰衣草酯、芳樟醇等具有耐受性，形成的微结构对精油中的非特征组分具有优先选择性，比特征组分渗透速率更快，通量更大，从而使得未透过膜的精油的特征组分含量得到提高，满足国内外产品标准的含量指标。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
实施例1
选取表面无缺陷的孔径100nm的管状ZrO2/α-Al2O3无机复合膜，超声震荡15min去除无机膜管表面残留的杂质，用去离子水清洗干净；将无机膜两端进行封堵，25℃条件下在水中浸泡1h进行预堵孔；水玻璃加入水进行稀释使得其中SiO2的含量为20wt％，搅拌后得到过渡层涂膜液；将无机膜自水中拿出，垂直放置2min，膜表面不滴水后立即浸入过渡层涂膜液在25℃下对膜的外表面进行浸涂，浸涂10s后放入40℃烘箱干燥4h；将丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、乙醇混合并搅拌，在搅拌的同时以0.05ml/min滴加1mol/l硝酸，使得1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、硝酸的摩尔比为0.02:0.8:5:0.01，然后在5℃下搅拌6h，配制成涂膜液。将涂膜液在5℃条件下浸涂120s到膜的外表面，室温干燥3h后再在200℃，升降温速率为1℃/min烘箱里热处理进行共缩合，即得到用于提纯薰衣草精油的复合膜。
实施例2
选取表面无缺陷的孔径20nm的管状TiO2/α-Al2O3无机复合膜，超声20min去除无机膜管表面残留的杂质，用去离子水清洗干净；将无机膜两端进行封堵，30℃条件下在水中浸泡0.5h进行预堵孔；水玻璃加入水进行稀释使得其中SiO2的含量为10wt％，搅拌后得到过渡层涂膜液；将无机膜自水中拿出，垂直放置3min，膜表面不滴水后立即浸入过渡层涂膜液在25℃下对膜的外表面进行浸涂，浸涂50s后放入30℃烘箱干燥3h；将丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、乙醇混合并搅拌，在搅拌的同时以1ml/min滴加1mol/l硫酸，使得1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、硫酸的摩尔比为0.2:0.5:10:0.1，然后在10℃下搅拌8h，配制成涂膜液。将涂膜液在10℃条件下浸涂50s到膜的外表面，室温干燥2h后再在300℃，升降温速率为2℃/min烘箱里热处理进行共缩合，即得到用于提纯薰衣草精油的复合膜。
实施例3
选取表面无缺陷的孔径5nm的管状Al2O3/α-Al2O3无机复合膜，超声10min去除无机膜管表面残留的杂质，用去离子水清洗干净；将无机膜两端进行封堵，35℃条件下在水中浸泡0.5h进行预堵孔；水玻璃加入水进行稀释使得其中SiO2的含量为8wt％，搅拌后得到过渡层涂膜液；将无机膜自水中拿出，垂直放置3min，膜表面不滴水后立即浸入过渡层涂膜液在30℃下对膜的外表面进行浸涂，浸涂120s后放入50℃烘箱干燥8h；将丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、乙醇混合并搅拌，在搅拌的同时以0.3ml/min滴加1mol/l盐酸，使得1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、盐酸的摩尔比为0.1:0.1:1:1，然后在15℃下搅拌2h，配制成涂膜液。将涂膜液在5℃条件下浸涂20s到膜的外表面，室温干燥4h后再在200℃，升降温速率为0.5℃/min烘箱里热处理进行共缩合，即得到用于提纯薰衣草精油的复合膜。
实施例4
选取表面无缺陷的孔径10nm的管状ZrO2/α-Al2O3无机复合膜，超声10min去除无机膜管表面残留的杂质，用去离子水清洗干净；将无机膜两端进行封堵，20℃条件下在水中浸泡2h进行预堵孔；水玻璃加入水进行稀释使得其中SiO2的含量为15wt％，搅拌后得到过渡层涂膜液；将无机膜自水中拿出，垂直放置2min，膜表面不滴水后立即浸入过渡层涂膜液在25℃下对膜的外表面进行浸涂，浸涂10s后放入40℃烘箱干燥4h；将丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、乙醇混合并搅拌，在搅拌的同时以0.02ml/min滴加1mol/l硫酸，使得1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、硝酸的摩尔比为0.05:0.2:6:0.5，然后在0℃下搅拌4h，配制成涂膜液。将涂膜液在0℃条件下浸涂10s到膜的外表面，室温干燥8h后再在150℃，升降温速率为0.5℃/min烘箱里热处理进行共缩合，即得到用于提纯薰衣草精油的复合膜。
实施例5
将实施例1～4中制备的复合膜在自行设计的实验平台上对薰衣草精油进行提纯。薰衣草精油原料中主要特征组分樟脑含量为0.86wt％、芳樟醇含量为23.4wt％、乙酸芳樟酯含量为26.5wt％、乙酸薰衣草酯含量为1.25wt％，实验温度为50℃，真空度5000Pa，渗透量为总原料量的10％，剩余90％膜渗余侧为产品。实验结果如下表1，从表中可以看出，樟脑含量降低，芳樟醇、乙酸芳樟酯、乙酸薰衣草酯的含量都得到提高，远超国标GBT12653-2008，达到国际标准ISO 3515-2002的要求。
表1实施例1～4实验结果
Figure BDA0003448233700000051
实施例6(对比实施例)
薰衣草精油原料中主要特征组分樟脑含量为0.86wt％、芳樟醇含量为23.4wt％、乙酸芳樟酯含量为26.5wt％、乙酸薰衣草酯含量为1.25wt％。将精油原料采用减压间歇精馏，回流比为1，塔釜温度为80～140℃，操作压力为-92kPa，先收集20～50℃的前馏分，再收集50～80℃后馏分，剩余80％的塔釜组分即为薰衣草精油产品。产品樟脑含量0.25％、芳樟醇的含量为22.45％、乙酸芳樟酯的含量为25.36％，乙酸薰衣草酯的含量为2.05％。
实施例6采用常规精馏法的操作温度较高，精油中部分热敏感成分易被破坏，而且产品樟脑含量仍较高，芳樟醇和乙酸薰衣草酯的含量提升没有实施例1～4显著。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于提纯薰衣草精油的复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预堵孔：将管式无机膜两端进行封堵，在水中浸泡；
（2）过渡层制备：将预堵孔后的管式无机膜浸入水玻璃溶液中，对膜外表面进行浸涂后干燥；
（3）涂膜：将涂膜液浸涂到步骤（2）得到的膜表面后干燥，得到复合膜前体；所述涂膜液的制备方法为：在搅拌下向丁基三甲氧基硅烷、1,8-双(三乙氧基硅)辛烷和乙醇的混合液中滴加酸；
（4）共缩合：将所述复合膜前体热处理进行共缩合，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中管式无机膜的载体为氧化铝、刚玉或莫来石，上层为氧化铝、氧化钛或氧化锆，膜平均孔径为5~100nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的浸泡为在20~35℃下浸泡0.5~2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述预堵孔后的管式无机膜自水中取出后垂直放置1~5min，至膜表面停止滴水后立即浸入所述水玻璃溶液中。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的浸涂为在20~30℃下浸涂10~120s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，1,8-双(三乙氧基硅)辛烷、丁基三甲氧基硅烷、乙醇、酸的摩尔比为(0.02~0.2):(0.1~0.8):(1~10):(0.01~1)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的酸为盐酸、硫酸或硝酸。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的浸涂的时间为10~120s。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的热处理的温度为150~300℃，升降温速率为0.5~2℃/min。
10.权利要求1-9任一所述制备方法制得的用于提纯薰衣草精油的复合膜。
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