Способ получения мезопористого углеродного сорбента "инго-1"

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЗОПОРИСТОГО УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА "ИНГО-1" 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 100-120C и активацию в среде водяного пара при 800-850C 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 3/г и удельной поверхностью 250-400 м 3/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).(71)(73) Заявитель и патентовладелец: РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НА ПРАВЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВЕДЕНИЯ 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 800-1400C с применением обработки кислотой или щелочью(РФ патент 200814726, кл. С 01 В 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 400800C 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 600-1000C 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. В 01J 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 1400C 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/см 3; пиролитическое уплотнение слоя гранулированного углерода - получение на поверхности частиц, образующих гранулы, при температуре 750-900C за счет реакции разложения пропана и бутана углерод-углеродного композита с насыпной плотностью 0,951,05 г/см 3; активацию в среде водяного пара при 800C; франкционирование и гидромеханическую обработку гранул (РФ патент 2331581, кл. В 01 В 31/08, A61K 33/44, А 61P 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 100-120C и активацию в среде водяного пара при 800-850C 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 100-120C, 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 100-120C 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 см 3/г и удельной поверхностью 250-400 м 3/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 100-120C и активируют в среде водяного пара при 800-850C с последующей деминерализацией 10% раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5% раствором перекиси водорода. Пример 1. 1000 г рисовой шелухи карбонизуют в инертной атмосфере при 600C 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 120C течение 3 ч. Затем блок активируют при 850C в течение 1 ч в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10% раствором соляной кислоты в течение 1 ч. Затем блокобрабатывают 5% раствором перекиси водорода в течение 1 ч и промывают горячей (до 80C) 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 800C 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 115C в течение 2 ч, затем активируют при 840C 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 (80C) 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 800C 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 110C в течение 2 ч, затем активируют при 800C 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 (80C) дистиллированной водой до достижения рН промывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения мезопористого углеродного сорбента, включающий получение углерода, его формование, активацию в среде водяного пара при 800-850C, 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.