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我国学者在膜结晶连续传质精确控制和应用领域取得重要进展
2019年02月02日    作者: 朱旺喜    发布 : 化学科学部

膜结晶过程基于膜界面选择性传递和诱导成核机制,正在成为极具潜力的过程精准调控技术。然而,其过程中晶核在界面生长、运动和非稳态边界层中的传递行为尚不明晰,是该领域研究亟待解决的关键问题。

在国家自然科学基金项目(项目资助号:21527812,21676042)的资助下, 大连理工大学贺高红教授、姜晓滨教授研究团队提出建立微孔膜界面晶体颗粒受力-生长动力学耦合模型,定义了可预测不同粒度的晶核在膜表面的“滑移-脱附”判据,揭示了膜界面微流场、流体粘度和浓度梯度对晶核位移-输运的作用机制,并通过自主建立的高速显微摄像系统直接验证了这一机制;该项成果阐明了“膜结晶”和“膜污染”的内在相互转化机制,为实现“膜结晶”连续运行提供理论支撑,为设计开发膜过程耦合强化结晶新技术开拓了新的思路(图1)。                                             

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图1 膜界面微尺度力场-浓度场模型及高效耦合调控过程示意图

基于这一控制理论,研究者进一步开发出一种基于中空纤维膜辅助传质的的新型溶析结晶方法:通过渗透压差调控溶析剂单向跨膜传质,在膜外表面形成微米级溶析剂液膜层;通过结晶溶液和液膜界面的微观混合和轴向传输,实现液膜表面动态更新,保障初生晶核在膜组件中连续稳定生长(图2)。这一方法应用于药物溶析结晶过程调控,产品晶体形貌完整,粒度分布集中性提高19.3%;与现有直接混合方法相比,传质控制精度提高1~2个数量级。该项工作为快速制备粒度分布集中、高纯医药晶体产品奠定了基础,尤其对于主要依赖溶析结晶制备的广谱头孢类、心脑血管类药物的精细化连续制备有重要意义。

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图2 新型膜辅助溶析结晶过程实现连续传质过程强化。

研究成果以“Interface-Based Crystal Particle Autoselection Via Membrane Crystallization: From Scaling to Process Control.”(基于膜结晶的晶体颗粒自主筛选:从结垢到过程控制)和“A Novel Hollow Fiber Membrane-Assisted Antisolvent Crystallization for Enhanced Mass Transfer Process Control”(新型中空纤维膜辅助溶析结晶用于强化传质过程控制)为题,2019年1月10日在线发表在AIChE Journal(《美国化学工程师协会会志》)杂志上同期连续发表2篇论文,论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.16459https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.16438


(化学科学部 朱旺喜供稿)

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