EA019913B1

EA019913B1 - Способ получения мезопористого углеродного сорбента "инго-1"

Info

Publication number: EA019913B1
Application number: EA201200115A
Authority: EA
Inventors: Махмут Ахметжанович Бийсенбаев; Зулхаир Аймухаметович Мансуров; Мамбет Айтпаевич Нуралиев; Шалпан Алиевна Тулейбаева
Original assignee: Республиканское Государственное Предприятие На Праве Хозяйственного Ведения "Институт Проблем Горения"; Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Жалын"
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-07-30
Also published as: EA201200115A1

Abstract

Изобретение относится к получению пористых углеродных сорбентов, применяемых в медицине, в том числе в качестве гемосорбентов. Способ получения мезапористого углеродного сорбента включает получение углерода путем карбонизации материала растительного происхождения - рисовой шелухи, или скорлупы абрикосовых косточек, или виноградных косточек, его смешивание с 10% едким натрием либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32, формование в блоки с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, сушку блоков в течение 2-3 ч при температуре 100-120°C и активацию в среде водяного пара при 800-850°C с последующей деминерализацией 10% раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5% раствором перекиси водорода. В результате реализации заявляемого способа получают мезапористый углеродный сорбент, используемый для гемосорбции, обладающий суммарным объемом пор 0,45-0,50 см/г и удельной поверхностью 250-400 м/г, с высокой степенью химической чистоты; минимальным содержанием примесей; высокой сорбционной емкостью по отношению к удаляемым веществам; совместимостью с кровью и инертностью по отношению к форменным элементам крови; отсутствием пылеобразования (выделением ультрадисперсных частиц).

Description

Изобретение относится к получению пористых углеродных сорбентов, применяемых в медицине, в том числе в качестве гемосорбентов.

Углеродные сорбенты являются веществами, способными удалять из крови, лимфы или плазмы токсические и балластные вещества методом гемосорбции, который является универсальным методом, позволяющим производить элиминацию любых веществ из жидких сред организма, особенно среднемолекулярных соединений (токсинов), играющих существенную роль в заболевании человека.

На стадии зарождения и развития гемосорбции известно применение активированных углей, содержащих большое количество скрытой пыли, обладающих способностью спекания в колонках. Активированные угли, характеризуются наличием большого количества минеральных веществ, зачастую являющихся токсинами, разрушают форменные элементы крови. Вышеуказанные проблемы поставили задачу поиска новых углеродных материалов для гемосорбции.

Известен пористый углеродный материал, применяемый в медицине в качестве гемосорбента. Способ его получения осуществляют путем карбонизации материала растительного происхождения, в том числе рисовой шелухи, при температуре 800-1400°С с применением обработки кислотой или щелочью (РФ патент № 200814726, кл. С01В 31/02, опубл. 10.06.2010, бюл. № 16).

Недостатком известного способа является невысокая степень химической чистоты получаемого адсорбента, содержание в нем примесей и присутствие эффекта пылеобразования (выделения ультрадисперсных частиц), т.к. углеродный адсорбент не отмыт и имеет рыхлую поверхность.

Известен способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью, включающий карбонизацию лигно-целлюлозного материала с зольностью 8-20%, в том числе рисовую шелуху, последующую щелочную активацию в присутствии карбонатов и/или гидроксидов натрия или калия и отмывку, причем карбонизацию осуществляют при 400800°С при мольном отношении кислорода воздуха к углероду лигноцеллюлозного материала, равном 0,8-3,0, в течение 1-60 с в кипящем слое катализатора или инертного носителя, щелочную активацию осуществляют при 600-1000°С в инертной или восстановительной атмосфере, а отмывку продукта после активации проводят раствором кислоты. Технический результат - получение наноструктурированных углеродных материалов с более высокими значениями удельной поверхности, суммарного объема пор и объема микропор (РФ патент № 2311227, кл. В0И 31/02, опубл. 27.11.2007, бюл. № 33).

Недостатком известного способа является присутствие эффекта пылеобразования (выделения ультрадисперсных частиц), т.к. углеродный адсорбент имеет рыхлую поверхность.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является углеродный мезопористый гемосорбент, способ получения которого включает следующие стадии: получение термоокислительным пиролизом природного газа, газов переработки нефти, а также нефтяных и каменноугольных смол при температуре 1400°С нанодисперсного углерода со средним диаметром частиц 64 нм, который гранулированием с применением связующего вещества образует гранулы в виде углеродного каркаса сферической формы размером 0,3-1,2 мм с плотностью 0,2-0,4 г/см³; пиролитическое уплотнение слоя гранулированного углерода - получение на поверхности частиц, образующих гранулы, при температуре 750-900°С за счет реакции разложения пропана и бутана углерод-углеродного композита с насыпной плотностью 0,951,05 г/см³; активацию в среде водяного пара при 800°С; франкционирование и гидромеханическую обработку гранул (РФ патент № 2331581, кл. В01В 31/08, А61К 33/44, А61Р 39/00, опубл. 28.08.2008, бюл. № 23).

Недостатком известного технического решения является разрушение форменных элементов крови в процессах перфузии за счет соударения их с гранулами сорбента, попадание мельчайших частичек пыли, образующейся при истирании гранул, в кровь и вызывающих у больных лихорадки (Блочные углеродные изделия сотовой структуры: особенности технологии получения, области применения/О.Н. Бакланова, Г.В. Плаксин, В.К. Дуплякин//Рос. хим. ж., 2007 г., т. 11, № 4, стр. 124).

Задачей заявляемого технического решения является разработка способа получения из растительного сырья мезопористого углеродного сорбента, применяемого в качестве гемосорбента, отвечающего предъявляемым к нему требованиям: высокая степень химической чистоты; высокая сорбционная емкость по отношению к удаляемым веществам; инертность по отношению к форменным элементам крови; отсутствие пылеобразования (выделения ультрадисперсных частиц).

Задача решается тем, что способ получения мезопористого углеродного сорбента включает получение углерода путем карбонизации материала растительного происхождения - рисовой шелухи, или скорлупы абрикосовых косточек, или виноградных косточек, его смешивание с 10% едким натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32, формование в блоки с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, сушку блоков в течение 2-3 ч при температуре 100-120°С и активацию в среде водяного пара при 800-850°С с последующей деминерализацией 10% раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5% раствором перекиси водорода.

Отличительным признаком заявляемого технического решения является то, что углерод получают путем карбонизации материала растительного происхождения - рисовой шелухи, или скорлупы абрикосовых косточек, или виноградных косточкек, который смешивают с 10% едким натрием либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32, затем формуют в виде блоков с много

- 1 019913 канальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, сушат полученные блоки в течение 2-3 ч при температуре 100-120°С, деминерализуют 10% раствором соляной кислоты и депирогенизуют 5% раствором перекиси водорода.

Материал растительного происхождения - рисовая шелуха, или скорлупа абрикосовых косточек, или виноградные косточки, выбран в качестве исходного сырья в связи с его химическим составом, позволяющим получить в результате переработки углерод, обладающий физиологической совместимостью с кровью и способный поглощать токсины. Кроме того, материал растительного происхождения является экологически чистым доступным продуктом - отходом переработки растениеводства в Казахстане, обладающим начальной высокой пористостью.

Карбонизованный материал растительного происхождения, содержащий оксид кремния до 45%, смешивают с 10% едким натрием для образования пластичной массы, пригодной для формования в блоки с многоканальной сотовой структурой. Едкий натрий взаимодействует с оксидом кремния с образованием связующего - жидкого стекла. Карбонизованный материал растительного происхождения, содержащий оксид кремния менее 10%, смешивают с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32.

Формование карбонизованного материала растительного происхождения в блоки с многоканальной сотовой структурой позволяет получить макроструктуру, обладающую низким гидродинамическим сопротивлением и высокой контактной поверхностью, таким образом, обеспечивая ламинарное протекание крови через гемосорбент, исключая разрушение форменных элементов крови в процессе перфузии. Кроме того, при гемосорбции в блоках сотовой структуры реализуется большое соотношение поверхности к объему блока, что обеспечивает наиболее полное использование сорбента.

Формование материала заявляемого сорбента в растворе хлористого аммония позволяет избежать деформации блока под действием силы тяжести, отвердить и упрочть многоканальный блок за счет химического взаимодействия силикатов пластичной массы и хлорида аммония.

Сушка многоканального блока в течение 2-3 ч при температуре 100-120°С позволяет удалить свободную влагу и дополнительно его упрочняет. Температура и время сушки необходимы и достаточны для достижения желаемого эффекта и подобраны экспериментально.

Сформированный многоканальный блок отмывают 10% раствором соляной кислоты для удаления из него вредных для организма растворимых в воде продуктов химического взаимодействия силикатов пластичной массы и хлорида аммония и его избытка, которые не только ухудшают адсорбционные и структурные свойства, получаемого мезопористого углеродного сорбента, но и могут переходить в кровь. Введение в заявляемый способ получения мезопористого углеродного сорбента операции по снижению содержания минеральных примесей - деминерализации, позволяет улучшить качество гемосорбента.

Депирогенезация перекисью водорода позволяет получить совместимость материала сорбента с кровью за счет окисления активных функциональных групп на поверхности пор сорбента и перевода их в физиологически безопасные гидроксильные группы.

В результате реализации заявляемого способа получают мезопористый углеродный сорбент, используемый для гемосорбции, обладающий суммарным объемом пор 0,45-0,50 см³/г и удельной поверхностью 250-400 м³/г, с высокой степенью химической чистоты; минимальным содержанием примесей; высокой сорбционной емкостью по отношению к удаляемым веществам; совместимостью с кровью и инертностью по отношению к форменным элементам крови; отсутствием пылеобразования (выделением ультрадисперсных частиц).

Примеры выполнения способа получения мезопористого сорбента.

Карбонизованный материала растительного происхождения смешивают с 10% едким натрием либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32, формуют в блоки с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, сушат блоки в течение 2-3 ч при температуре 100-120°С и активируют в среде водяного пара при 800-850°С с последующей деминерализацией 10% раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5% раствором перекиси водорода.

Пример 1.

1000 г рисовой шелухи карбонизуют в инертной атмосфере при 600°С в течении 3 ч. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 38 мл 10% раствора едкого натрия. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течении 3 суток. Полученную массу обрабатывают в вакуумной мялке в течение 25 мин и экструдируют через фильеру в раствор хлористого аммония 20% концентрации со скоростью экструзии 1 мм/мин. Сформированный блок сушат при 120°С течение 3 ч. Затем блок активируют при 850°С в течение 1 ч в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10% раствором соляной кислоты в течение 1 ч. Затем блок обрабатывают 5% раствором перекиси водорода в течение 1 ч и промывают горячей (до 80°С) дистиллированной водой до достижения рН промывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха.

Пример 2.

1500 г скорлупы абрикосовых косточек карбонизуют при 800°С в течение 3 ч. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 40 мл раствора натриевого жидкого стекла с мо

- 2 019913 дулем 2,8 и плотностью 1,32. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч. Полученную массу обрабатывают в вакуумной мялке в течение 25 мин и проводят экструзию через фильеру в раствор хлористого аммония 20% концентрации со скоростью экструзии 1 мм/мин. Сформированный блок сушат при 115°С в течение 2 ч, затем активируют при 840°С в течение 1 ч в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10% раствором соляной кислоты в течение 1 ч, затем 5% раствором перекиси водорода в течение 1 ч и промывают горячей (80°С) дистиллированной водой до достижения рН промывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха.

Пример 3.

2000 г виноградной косточки карбонизуют при 800°С в течение 3 ч. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 40 мл раствора натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1 ч. Полученную массу обрабатывают в вакуумной мялке в течение 25 мин и проводят экструзию через фильеру в раствор хлористого аммония 20% концентрации со скоростью экструзии 1 мм/мин. Сформированный блок сушат при 110°С в течение 2 ч, затем активируют при 800°С в течение 1 ч в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10% раствором соляной кислоты в течение 1 ч, затем обрабатывают 5% раствором перекиси водорода в течение 1 ч и промывают горячей (80°С) дистиллированной водой до достижения рН промывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения мезопористого углеродного сорбента, включающий получение углерода, его формование, активацию в среде водяного пара при 800-850°С, отличающийся тем, что углерод получают путем карбонизации материала растительного происхождения, который формуют в виде блоков с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, последующей сушки блоков в течение 23 ч при температуре 100-120°С с последующей деминерализацией 10% раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5% раствором перекиси водорода, при этом перед формованием углерод смешивают с 10% едким натром либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного материала используют рисовую шелуху, или скорлупу абрикосовых косточек, или виноградные косточки.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2