Способ получения углеродного сорбента

АННОТАЦИЯ

В статье изучены условия синтеза углеродных сорбентов и их сорбционные свойства. Определены пористость, прочность и выход полученных гемосорбентов.

ABSTRACT

The article studies the condition for the synthesis of carbon sorbents and their sorption properties. The pores, strength, and yield of the obtained hemosorbents were determined.

Ключевые слова: углеродные сорбенты, ионит, углеродные гемосорбенты, плазма, лимфа, тромбоцит, лейкоцит, сорбционно-структурные характеристики, HCl.

Keywords: сarbon sorbents, ion exchanger, carbon hemosorbent, plasma, lymph, platelet, leukocyte, sorption-structural characteristics of, HCl.

Углеродные сорбенты, полученные из ионитов, считаются химически чистыми и могут быть использованы для очистки крови, особенно в медицине для очистки плазмы крови и лимфы. Существует множество требований к таким углеродным сорбентам, в частности: углеродная структура должна быть подчинена сорбционным активным центрам и иметь высокую стабильность. А также УГС не должны травмировать живую ткань, вызывать отравления и быть аллергеном, канцерогеном, приводить к свертыванию крови и гемолизу, денатурации и разложению белков и ферментов[2].

Наиболее распространенными методами являются гемо-и энтеросорбция, очищение плазмы и лимфы (плазмосорбция, лимфосорбция), аппликационное применение сорбентов (вульнеросорбция) [3]. Применяемые в настоящее время сорбенты обладают недостаточной сорбционной емкостью, низкой механической прочностью, высоким содержанием минеральных примесей  (золы),  ограниченным спектром показаний к применению.

Экспериментальная часть. В качестве сырья для производства макропористых углеродных гемосорбентов использовали стирол дивинилбензол (смола ионообменного катионита КУ 2-8.Na⁺ форма ГОСТ 20298-74 высокого качества). Сырой продукт обрабатывали 30%-ным раствором соляной кислоты. Карбонизация и активация проводились до 600 градусов, скорость  нагрева  составляла 5 градусов/час.

Обсуждение результатов. Многочисленные испытания позволили определить основные свойства синтезированного нами углеродного гемосорбента (NGX-1) и оценить его эффективность в сравнении с другими углеродными гемосорбентами, применяемыми в медицине. Он имеет высокую химическую чистоту (содержание углерода не менее 99,5%), гладкую поверхность гранул сферической формы размером 0,5-1,0 мм. Отличительные свойства данного изделия: практически полное отсутствие пыли на поверхности и в порах, высокая прочность гранул, мезопористая структура с преобладающим размером пор 50-60 нм, высокая адсорбционная активность по отношению к токсичным веществам с низкой и средней молекулярной массой. Присутствие небольшого количества макропор на поверхности позволяет сорбировать вещества с высокой молекулярной массой. Снижена способность сорбента к травмированию клеток крови. Практическое применение показало, что снижение количества тромбоцитов и лейкоцитов в крови после контакта с сорбентом не превышает 10-15% от исходного уровня [1].

Таблица 1.

Элементный анализ синтезированного углеродного гемосорбента

Проведен элементный анализ синтезированного углеродного гемосорбента и его зарубежного аналога в одинаковых условиях. Результаты анализа приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, качественный состав обоих УГС одинаковый, а количественный различается лишь по содержанию титана. По основному компоненту синтезированный нами УГС не уступает зарубежному аналогу.

На рисунке 1 показано влияние количества соляной кислоты на выход гемосорбента и его механические свойства.

Рисунок 1. Влияние соотношения воды с HCl на выход продукта и механическую прочность полученного гемосорбента (1 – механическая прочность истирания; 2 – выход продукта)

Как видно из рисунка 1, изменение количества соляной кислоты в воде (массовая доля) влияет на продуктивность и долговечность продукта при синтезе гемосорбента. При синтезе гемосорбента использовали 30% раствор соляной кислоты. При добавлении 0,1 мл соляной кислоты (30%) к 1 мл воды выход составлял 75%, а механическая прочность – 90%. Когда объем соляной кислоты увеличился в четыре раза, выход продукта составил 98,5%, а механическая прочность синтезированного гемосорбента увеличилась до 98%. На основании данных приведенной выше диаграммы можно сделать вывод, что при синтезе гемосорбента выход продукта и механическая прочность гемосорбента наиболее высоки, когда уровень соляной кислоты составляет 1:0,4 по отношению к воде [5]. 

Таблица 2.

Сорбционно-структурные характеристики УГС

Структура пор и плотность активированного углеродного материала тесно связаны друг с другом. Обычно чем больше объем пор материала, тем меньше плотностьсм³/г.

Рисунок 2. Влияние соотношения воды с HCl на выход продукта, объем сорбционных пор и зольность сорбента (1 – влияние количества раствора на зольность гемосорбента; 2 – влияние количества раствора на объем пор)

Как показано на рисунке 2, количество соляной кислоты в воде увеличивалось с изменением количества раствора соляной кислоты (в массовой доле), и пепел уменьшился. Срезы гемосорбента составляли 0,3 мм, когда 0,1 мл хлористоводородной кислоты (30%) добавляли к 1 мл воды.Зольность составила 4,5%. При четырехкратном увеличении количества соляной кислоты зернистая форма гемосорбента составляла 0,8 мм, а содержание золы составляло 1-2%. Международным союзом по теоретической и прикладной химии (IUPAC) поры классифицируются по размерам следующим образом: микропоры (<2 нм); мезопоры (2-50 нм); макропоры (>50 нм) [4].

Вывод. Углеродные сорбенты, полученные из ионов, считаются химически чистыми, особенно в медицине, для очистки плазмы крови и лимфы. Исследован сорбционный объем пор, зольность и прочностные свойства полученного гемосорбента.мамаи шаомьМеждун еждународным М

Список литературы:
1. Ионный обмен / Под ред. М.М. Сенявина. – М.: Наука, 1981. – 271 с.
2. Лопаткин Н.А. Эфферентные методы в медицине / Н.А. Лопаткин, Ю.М. Лопухин. – М.: Медицина, 1989. – 351 с.
3. ЛопухинМ. Гемосорбция / М. Лопухин, М.Н. Молоденков. – М.: Медицина, 1985.– 288 с.
4. ТкачевА.Г., МележикА.В., СоломахоГ.В. Способ получения мезопористого углерода: Патент//FindPatent.RU[Электронный ресурс] – Режим доступа:https://findpatent.ru/patent/262/2620404.html(дата обращения: 01.10.2019).
5. Тулупов П.Е. Стойкость ионообменных материалов / П.Е. Тулупов. – М.: Химия, 1984. – 232 с.