СПОСІБ ОТРИМАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ СОРБЕНТІВ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ З КАРБОНІЗАТУ

Спосіб отримання вуглецевих сорбентів медичного призначення з карбонізату, активацію якого здійснюють в апараті шахтного типу з псевдозрідженим шаром в атмосфері перегрітої водяної пари, який відрізняється тим, що перед активацією карбонізату в атмосфері перегрітої водяної пари при температурі 900-1100 °C додатково проводять технологічну стадію активації гранульованого карбонізату в атмосфері вуглекислого газу.

Корисна модель належить до галузі медицини та медичної техніки, зокрема, до виробництва високоактивних вуглецевих сорбентів (гемосорбентів) з карбонізату різного походження (гранульованої пористої азотовмісної синтетичної смоли, дроблених кісточок фруктових плодів, продуктів переробки нафтового пеку). Для підвищення ефективності способу сорбційного очищення цільної крові та плазми крові хворих з важкими ендогенними та екзогенними інтоксикаціями актуальною є задача одержання вуглецевих сорбентів з однорідною масфрактальною структурою, високим адсорбційним потенціалом щодо широкого спектру токсичних речовин та метаболітів гідрофобної природи, високою механічною міцністю, що гарантує відсутність генерації мікрочастинок вуглецю під час експлуатації, високим об'ємним виходом з карбонізату, а також розвинутою мезопористою структурою. Відомо, що пористість вуглецевих сорбентів є ключовим параметром для сфери їх застосування, оскільки визначає адсорбційні властивості, і відповідно, їх ефективність [1]. Так, мікропористі вуглецеві сорбенти частіше застосовують для елімінації з біологічних рідин сполук з невеликою молекулярною масою (креатинін, аліфатичні оксикислоти, сечова кислота). А сорбенти з розвинутою мезопористою структурою мають властивості, які задовольняють задачі гемосорбції [2]. Найбільш близьким аналогом корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб одержання високоактивних вуглецевих гемосорбентів з карбонізату (патент на корисну модель UA 83399, МПК B01J 20/20, опубл. 10.09.2013, Бюл. № 17). Відомий спосіб включає процес активації карбонізату, що складається з двох наступних стадій: 1. Активація в апараті шахтного типу з псевдозрідженим шаром та зовнішнім електрообігрівом в атмосфері перегрітої водяної пари, що дозволяє отримувати гемосорбент із ємністю, за поглинанням парів бензолу (Vs), вищою, ніж 1.2 см3/г, та при цьому зменшувати витрату псевдозріджуючого активуючого агенту - пари у міру зменшення насипної маси сорбенту; 2. Пошарове вивантаження двох однорідних фракцій одержаного гемосорбенту з наступними характеристиками: перша із насипною масою (Ɣ) а 0.2 г/см, ємністю Vs 2.0-2.5 см3/г і сумарною площею поверхні пор (Sn) ) 3000 м2/г та друга з Ɣ / 0.28-0.32 г/см3, Vs=1.0-1.2 см3/г, Sn 1700 м2/г. Проведення процесу активації в електротермічних апаратах з низьким питомим електроспоживанням в атмосфері перегрітої водяної пари при температурі 900-1050 їC без використання природного газу і наявність в нижній частині апарата відносно холодної (600-700 CC) вузької зони - є відмінними технічними ознаками найбільш близького аналога. Результатом відомого способу, описаного в найбільш близькому аналогу, є одержання з карбонізату (при описаних технічних умовах) високоактивних вуглецевих гемосорбентів із недостатньо розвинутою мезопористою структурою, відповідальною за поглинаючу активність сорбентів, тобто за ефективність гемосорбції в терапії хворих з важкими ендогенними та екзогенними інтоксикаціями. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу отримання вуглецевих сорбентів медичного призначення, результатом якого буде отримання сорбентів з розвиненою мезопористою структурою, яка забезпечує високу поглинаючу активність відносно широкого спектру токсинів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання вуглецевих сорбентів медичного призначення з карбонізату, активацію якого здійснюють в апараті шахтного типу з псевдозрідженим шаром в атмосфері перегрітої водяної пари, згідно з корисною моделлю, перед активацією карбонізату в атмосфері перегрітої водяної пари при температурі 900-1100 °C додатково проводять технологічну стадію активації гранульованого карбонізату в атмосфері вуглекислого газу. Відмінними ознаками корисної моделі є проведення в апараті шахтного типу з псевдозрідженим шаром та зовнішнім електрообігрівом процесу парогазової активації карбонізату при температурі 900-1100 шC, що включає дві наступні стадії: І стадія - активація гранульованого карбонізату в атмосфері вуглекислого газу; II стадія - активація матеріалу в атмосфері перегрітої водяної пари. Саме завдяки відмінним ознакам, запропонований спосіб дозволяє одержати сорбент з мезопористою структурою, яка забезпечує високу поглинаючу активність відносно широкого спектру токсинів, при збереженні механічної міцності гранул матеріалу. Спосіб відпрацьований на експериментальній установці та забезпечує поліпшені технологічні характеристики, порівняно з найбільш близьким аналогом. Таблиця 1Порівняльна оцінка технологічних характеристик процесу активації сорбентів, одержаних за двома способами№Технологічні характеристикиПопередньо заявлений спосіб в найбільш близькому аналогуКорисна модель1Тривалість процесу, год.1.51.12Об'ємний вихід продукту (відносно карбонізату), %70-8080-90 За даними, наведеними у Таблиці 1, видно, що тривалість процесу активації сорбентів за попередньо заявленим в найбільш близькому аналогу способом, перевищує час активації за способом, згідно з корисною моделлю. При цьому спосіб, згідно з корисною моделлю, забезпечує зростання об'ємного виходу на 10 %. Таблиця 2Порівняльна оцінка властивостей сорбентів, одержаних за двома способами№Властивості вуглецевого сорбентуПопередньо заявлений спосіб в найбільш близькому аналогуКорисна модель1Ємність за поглинанням парів бензолу, см3/гдо 2.5до 2.92Сумарна питома площа поверхні пор, м2/гдо 3000до 37003Площа поверхні мікропор (радіус менше 1.5 нм), м2/г210025004Площа поверхні мезопор (радіус від 200 до 1.5 нм), м2/г5651100 Представлені в Таблиці 2 дані свідчать, що сорбенти, які отримують, згідно з корисною моделлю, мають більшу ємність за поглинанням парів бензолу та на 19 % більшу сумарну питому площу поверхні. Розрахунок питомої площі поверхні у м2/г проводили за рівнянням Дубініна-Радушкевича для визначення мікопористості, а площу мезопор - за методом Баррета-Джойнера-Халенди [3]. Корисна модель забезпечує значне зростання площі поверхні мезопор у гемосорбентах, майже у 2 рази, що призводить до зростання ефективності видалення гідрофобних метаболітів з білкових розчинів (Таблиця 3). Таблиця 3Порівняльна оцінка ефективності видалення гідрофобних метаболітів (% від вихідної концентрації) з білкового розчину сорбентами, одержаними за двома способами№СорбентМетаболіт (вихідна концентрція)Некон'югований білірубін (20мг/100мл)Фенол (10 мг/100 мл)1Отриманий, згідно з корисною моделлю (Vs=2.7 см3/г)85,5 %100,0 %2Отриманий за найбільш близьким аналогом (Vs=2.2 см3/г)79,4 %98,2 % Представлені в Таблиці 3 дані свідчать про більш ефективне поглинання з білкового розчину токсичних гідрофобних метаболітів, що підтверджує дієвість способу, згідно з корисною моделлю. Техніко-економічні переваги способу, згідно з корисною моделлю, полягають в можливості отримувати вуглецеві сорбенти з високою механічною міцністю, однорідною масфрактальною мезопористою структурою і високим адсорбційним потенціалом щодо широкого спектру токсичних речовин та метаболітів гідрофобної природи, що гарантує ефективне очищення цільної крові та плазми крові хворих з важкими ендогенними та екзогенними інтоксикаціями. Джерела інформації: 1. Nikolaev V.G., Sarnatskaya V.V., Sigal V.L., et al. High-Porosity Activated Carbons for Bilirubin Removal. The Int. J. of Artif. Organs, 1991, 14, 3, PP. 179-185. 2. Nikolaev V.G. Hemocarboperfusion in Experiment and Clinic, Kiev: Naukova Dumka, 1984, 359 p. 3. Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение/Пер. с нем. - Л.: Химия, 1984 - 216 с., ил. - Штутгарт, 1980.