Способ подготовки активированного угля для сорбции Советский патент 1992 года по МПК A61K33/44 B01J20/20 C01B31/08 

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, а именно к способам подготовки активированного угля, и может быть использовано для проведе- ния сорбции токсических веществ, например фосфорорганических соединений из воды, солевых растворов, желудочного сока, плазмы, крови и других биологических жидкостей.

В медицине и токсикологии, в частности, известны различные способы подготовки активированных углей для сорбции токсических веществ. Например, способ, включающий просеивание, промывание водой, кипячение и высушивание, экстракцию горячим спиртом-ректификатором, повторное промывание водой и кипячение, а также промывание 0,14 N соляной кислотой и добавление 0,1 N раствора едкого натра до нейтральной рН с последующим автоклави- рованием.

Несмотря на такой метод кондиционирования и буферирования углей до рН 39,8 нмоль/л Н этот способ не позволяет получить однородный гранульный состав активированного угля, который, как известно, является важной технико-функциональной и эксплуатационной характеристикой сорбента.

Это устраняется способом подготовки активированного угля, включающим промывку угля водой, горячим этиловым спиртом-ректификатором, повторно водой, щелочным физиологическим раствором и стерилизацию автоклавной обработкой. Для получения однородной фракции с размером 0,5-1,5 мм повторную промывку водой и щелочным физиологическим раствором ведут в гидродинамическом режиме с линийной скоростью 14-30 см/мин, а после стерилизации активированный уголь подвергают гидродинамической обработке стерильным щелочным физиологичесо

с

VI

VI

Ю

(А) VI О

ским раствором с линейной скоростью 14- 30 см/мин.

Однако и при том, и другом способах обработки активированного угля недостаточно учитываются химические свойства как самого угля, так и свойства поглощаемых токсических веществ. Эти способы имеют тот недостаток, что они не предполагают целенаправленного воздействия на химические свойства активированного угля и не позволяют более полно реализовать эти свойства для повышения эффективности сорбции определенных токсических веществ.

В связи с этим предложен способ обработки активированного угля, который в большей степени позволяет учитывать как эти химические свойства самого угля, так и свойства поглощаемых токсических веществ кислотного характера, например фос- форорганических соединений.

Целью изобретения - является усиление сорбционной активности активированного угля.

Эта цель достигается тем, что в способе подготовки активированного угля для сорбции путем промывки его водой, горячим этиловым спиртом-ректификатором, повторной промывки водой с последующей стерилизацией автоклавной обработкой, повторную промывку угля проводят водой и 0,05-0,5 М раствором мочевины в гидростатическом режиме, после чего активированный уголь используют по назначению.

Как указывалось выше, при разработке предлагаемого способа учитывались химические свойства сорбента (активированного угля), сорбируемых веществ (ФОС) и низкомолекулярного водорастворимого неэлектролита (мочевины).

Из химических свойств сорбента прежде всего было обращено внимание на то, что в ходе активирования угля при температуре 800-900° С на его поверхности образуются окислы основного характера, которые при гидратации в воде образуют гидроксильные группы, способные к ионному обмену. Это создает условия для хемосорбции химических соединений кислого характера.

Их химических свойств сорбируемых токсоагентов (ФОС) было отмечено, что по химическому строению они рассматриваются как сложные эфиры кислот фосфора.

При сопоставлении свойств сорбента и сорбируемых токсоагентов очевидно, что хемосорбция на поверхности активированного угля возможна при химическом взаимодействии молекул ФОС как соединений кислого характера с гидроксильными группами окислов основного характера.

Поскольку гидроксильные группы окислов основного характера образуются на поверхности активированного угля при гидратации в воде, для усиления хемосорбции был выбран путь активного воздействия на этот процесс (гидратации) путем обработки сорбента мочевиной (карбамидом).

Известно, что мочевина хорошо сорбируется активированным углем и как сильный

неэлектролит обладает высокой гидрофиль- ностью, что может способствовать гидратации активированного угля.

Немаловажное значение имеют и другие химические свойства мочевины. Она является весьма реакционно-способным соединением. Карбамид образует комплексные соединения с многими химическими веществами: алкирующими средствами, спиртами, кислотами, их ангидридами и

сложными эфирами. Поэтому было принято во внимание, что ФОС как эфиры кислот фосфора могут образовывать комплексные соединения и с молекулами мочевины, предварительно сорбированной в процессе обработки активированного угля, тем самым усиливая эффект сорбции этих токсических веществ.

Таким образом, с теоретических позиций положительный эффект предлагаемого

способа обработки активированного угля не подлежит сомнению.

В известной патентной и научно-медицинской литературе не найдено решений со сходными признаками. Мочевина впервые

используется с целью обработки активированного угля, предназначенного для сорбции.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Промышленный уголь просеивают через сито для получения фракции диаметром

0,5-1,5 мм и промывают водопроводной водой, полностью удаляя все мелкие частицы угля.

Промывают уголь при перемешивании десятью объемами дистиллированной воды.

Промывают уголь при перемешивании горячим этиловым спиртом-ректификатором (600 л на 1 кг угля).

Повторно промывают уголь 20 обьема- ми дистиллированной воды.

Заливают уголь на 12-18 ч 10 объемами 0,05-0,5 М водного раствора мочевины, затем раствор мочевины сливают, а уголь промывают 10 объемами раствора мочевины гой же концентрации

Уголь закладывают в стерильные емкости (банки, колонки) и автоклавируют при 110° С в течение 75 мин.

После стерилизации в зависимости от цели и задач обработанный уголь использу- ют непосредственно по назначению, например для энтеросорбции или после промывки его 10 объемами стерильным раствором мочевины той же концентрации (например, для гемосорбции).

Концентрация раствора мочевины выбирается в зависимости от марки активированного угля, среды и способа сорбции (энтероплазмо- или гемосорбция).

Примеры такого выбора приведены в табл. 1-7.

Способ прошел экспериментальные испытания в ЦНИЛ ЦОЛИУ врачей, где было проведено более 50 серий опытов Испытывались активированные угли марок СКТ-6А, КМ-2(СИТ-1), ФАМ и СКН-1 к. Влияние предлагаемого способа обработки активированных углей было изучено в опытах по сорбции Р-хлорофоса, S-тиофоса и S- метафоса из физиологического раствора с различным рН, желудочного сока рН 2.4 (в разведении 1:5), плазмы и крови. Соотношение сорбент среда 1 10. Применялся статическийметодсорбции. Радиометрические исследования проводи- лись на аппарате Роботрон-РТФ (радиометрический диапазон от 40 КЭФ доЗ МЭФ) с торцовым счетчиком.

В качестве контроля (исходный) использовались активированные угли, обра- ботанные способом, взятым за прототип

Результаты опыта представлены в табл. 1.

Материалы табл. 1 свидетельствуют, что обработанный предлагаемым способом (0,05 М раствором мочевины) активированный уголь СКТ-6А проявляет как в физиологическом растворе рН 2,0. так и в желудочном соке рН 2,44 большую сорбци- онную активность, чем исходный уголь, обработанный способом, который был взят за прототип. Разница и убыли концентрации токсикоагентов в сроки от 30 до 60 мин составляет 7,2-15,0% в физиологическом растворе и 14,6-18,6% в желудочном соке (развития статистически достоверны, рН 0,01 и 0,001).

Данные о влиянии обработки предлагаемым способом активированного угля ФАС на его сорбционную активность к хлорофосу представлены в табл 2

При анализе результатов исследования, которые представлены в табл 2, видно, что обработка активированного угля ФАС предлагаемым способом повышает сорбционную активность сорбента в физиологическом растворе по отношению к 32 Р хлорофосу по сравнению с исходным сорбентом (разница становится статистически достоверной к 120 мин опыта). Более выражена эта тенденция в кинетике сорбции токсико- агента из желудочного сока (разница в уменьшении концентраций хлорофоса в рабочих растворах составляет 8,3 и 6,5 абсолютных % по сравнению с исходным сорбентом, она статистически достоверна на 30 и 120 мин опыта).

Аналогичные данные были получены при исследовании сорбции другого представителя ФОС: 355-тиофоса (см. результаты опыта, представленные в табл. 3).

Результаты исследования, представленные втабл. 3, свидетельствуют, что предлагаемая обработка активированного угля СКТ-6А 0,05 М раствором мочевины (п. 1) дает больший эффект, чем обработка 0,05 М раствором карбамида.

Таким образом, при сорбции тиофоса из физиологического раствора рН 8,3 в предлагаемом способе обработки угля СКТ-6А следует использовать 0,05 М раствор мочевины, тогда как при сорбции из желудочного сока предпочтительнее обработка 0,5 М-ной мочевиной

Предлагаемый способ обработки оказался эффективным и при подготовке активированного угля КМ-2 (СИТ-1) для сорбции S-тиофиса из плазмы.

Результаты опытов представлены соответственно в табл. 4 и 5.

Как видно из материалов табл, 4, уменьшение исходной радиоактивности рабочих растворов S-тиофоса в плазме, т.е. убыль концентрации токсоагента из плазмы в ходе сорбции, происходит неодинаково. В процессе сорбции исходным сорбентом КМ-2, обработанным способом, который взят за прототип, эта концентрация уменьшается в диапазоне 25,4% (через 30 мин) до 37,8% (через 6 ч). В процессе сорбции сорбентом, обработанным предлагаемым способом, концентрация токсоагента уменьшается на 38,1-47,8-61,1-76,0-84,7% (через первые 30 мин и последовательно через каждый час сорбции соответственно), а через 6 ч это уменьшение составляет 84,9%. Разница статистически достоверна. Дополнительные расчеты показывают, что при сопоставлении в каждый из указанных интервалов времени от 30 мин до 6 ч относительное превышение сорбционной активности сорбентом, обработанным 0,05 М раствором мочевины, по сравнению с исходным составляет 17 - 25 - 39 - 64 - 68 - 78 и 76%.

Из материалов табл. 5 видно, что уменьшение исходной радиоактивности рабочего раствора S-тиофоса в ходе сорбции сорбентом, обработанным предлагаемым способом (0,005 М раствором мочевины), составляет в первые 3 ч 9,9-11,6%, в последующие 3 ч 20,2-21,4%, Обработка сорбента 0,5 М раствором мочевины стабильно повышает эффективность сорбции S-тиофоса: уменьшение исходного уровня радиоактивности рабочего раствора токсоагента составляет 24,1-32,4% в течение первого часа сорбции и достигает 71,5% через 6 ч. Разница в сорбционной активности сорбентов КМ-2, обработанных разными концентрациями мочевины, статистически достоверна и составляет по дополнительным подсчетам 12 - 25 - 34 - 40 - 50 - 60 и 64 относительных % в сроки первый и каждый последующий час сорбции соответственно.

Таким образом, предлагаемый способ обработки сорбента КМ-2 (СИТ-1) увеличивает его сорбционную активность в отношении 355-тиофоса в плазме, причем обработка 0,5 М раствором мочевины предпочтительнее, чем обработка 0,05 М мочевиной.

Предлагаемый способ обработки активированного угля КМ-2 был испытан в аналогичных условиях опыта с цельной свежей кровью. При этом исследовался сорбент, который на заключительном этапе предлагаемого способа обработки 0,5 М раствора мочевины и стерилизации хранился в сухом виде, а непосредственно перед началом эксперимента был дополнительно обработан 10 обьемами 0,5 М раствора мочевины. Результаты опыта см. в табл. 6.

При рассмотрении материалов табл. 6 обращаем внимание, что в процессе сорбции 353-тиофоса из крови сорбентом КМ-2 (СИТ-1), обработанным способом, который взят за прототип, уменьшение исходного уровня радиоактивности рабочего раствора токсиагента в крови в течение 90 мин опыта составляет 7,6-16,9%. Ауменьшение исходного уровня радиоактивности крови, т.е. убыль концентрации токсиагента, в ходе сорбции сорбентом, обработанным предлагаемым способом, составляет 11,2% в первые 15 мин и 21,9% к 90 мин, превышая показатели сорбции исходного сорбента; разница достигает статистической достоверности к 90 минуте опыта.

Таким образом, предлагаемый способ обработки активированного угля КМ-2 (СИТ- 1), включая последующее хранение в сухом виде, повышает его сорбционную активность к 353-тиофосу в крови, по сравнению

с обработкой сорбента, принятой за прототип.

Из результатов опыта, представленных в табл. 7, видно, что при сорбции 3-метафоса из крови, активированным углем СКТ- 6А, обработанным способом, который взят за прототип (исходный), уменьшение исходного уровня радиоактивности рабочего раствора токсоагента в течение 2 ч нарастало

0 от 18,8 до 25,7%. Когда был применен предлагаемый способ обработки угля, включая последующее хранение в сухом виде, и дополнительную обработку, то уменьшение исходного уровня радиоактивности, т.е.

5 убыль концентрации токсоагента из крови, составило 28,3 - 31,9 - 34,7 - 35,1 - 34,0% (соответственно через 30, 45, 60, 90 и 120 мин сорбции). Разница в уменьшении концентрации метафоса из крови при сорбции

0 исходным сорбентом СКГ-6А (прототип) и сорбентом, обработанным предлагаемым способом, статистически достоверна через час и полтора часа от начала сорбции.

Таким образом, предлагаемый способ

5 подготовки, включая последующее хранение активированного угля СКТ-6А, повышает его сорбционную активность в отношении метафоса из крови по сравнению со способом обработки, взятым за про0 тотип.

Анализируя весь объем исследований, а также опыт, полученный при обработке по предлагаемому способу, включая его испытания и проверку, в т.ч. результаты, пред5 ставленные в табл. 1-7, следует отметить, что этот способ показал свою эффективность и преимущества по сравнению со способом, принятым за прототип, на активированном угле разных марок, разных

0 представителях ФОС, в различных средах. А именно, предлагаемый способ оказался эффективным при обработке активированного угля 3 марок: СКТ-6А (табл. 1, 3 и 7), КМ-2 (табл. 4, 5 и 6) и ФАС (табл. 2). Сорбция

5 обработанным активированным углем оказалась более эффективной, по сравнению с прототипом, в отношении хлорофоса (табл. 1 и 2), тиофоса (табл. 3-6), метафоса (табл. 7) из различных сред: физиологического рас0 твора рН 2,0-8,3 (табл. 1-3), желудочного сока (табл. 1-3), плазмы (табл. 4 и 5), цельной крови (табл. 6 и 7).

Исходя из этого, было сделано заключение, что в зависимости от целей и конкрет5 ных задач сорбции (т.е. вида токсоагента, например конкретного представителя ФОС), среды, из которой намечается сорбция, требуется определенный выбор марки активированного угля и концентрации низкомолекулярного водорастворимого неэлектролита, например мочевины, диапазон которых определен в предлагаемом способе. Примеры такого выбора, как указывалось выше, представлены в табл. 1-7

Этот способ является новым оригиналь- 5 ным подходом к обработке активированного угля (марок СКТ-6А, КМ-2, ФАС). Предлагаемый способ позволяет, с одной стороны, более полно учитывать как физико- химические свойства сорбента, так и свой- 10 ства сорбируемых токсоагентов, с другой, свойства низкомолекулярных водорастворимых неэлектролитов, например мочевины: химическую реакционную способность,

Предлагаемый способ может найти применение в коммунальной и промышленной гигиене для очистки воды и других жидкостей, в токсикологии и клинической токсикологии для очистки различных средств и биологических жидкостей с использованием таких методов детоксикации как гастро-, энтеро-плазмо-гемо-микросорбция, кишечный лаваж и др.

Следует обратить внимание на то, что предлагаемый способ предполагает использование активированного угля таких марок (СКТ-6А, КМ-2, ФАС) и мочевины, которые разрешены Фармкомитетом Минздрава

гидрофильность, дипольный момент, спо- 15 СССР к клиническому применению и широ- собность оказывать влияние на гидратные ко используются в практике, оболочки активированного угля и биополимеров, способность атаковать слабые нековалентные связи между компонентами

Поскольку методы сорбции и детоксикации по основным условиям и параметрам существенно не отличаются от методов и биокомплексов, воздействовать на водо- 20 условий, в которых испытывался и прове- родные и гидрофобные связи и др.рялся предлагаемый способ, внедрение его

Все это, вместе взятое, обеспечивает возможность повысить сорбционную активность активированного угля в отношении токсоагентов, например ФОС; оптимизиро- 25 ях. вать процесс сорбции и добиться большей эффективности сорбента по сравнению со

и применение в практике не нуждается в дополнительной проверке на экспериментальных животных и в клинических условиспособом, взятым за прототип.

К достоинствам предлагаемого способа

Формула изобретения Способ подготовки активированного угля для сорбции, включающий просеивание

относится его простота и доступность, де 30 угля, промывку водой, кипячение, высуши- шевизна и экономичность он не требуетвание, экстрагирование горячим спиртом,

дополнительных материальных затрат. Кроме того, к достоинствам предлагаемого способа относится возможность хранения

повторную промывку с последующей стерилизацией, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной активности обработанного активированного угля в су- 35 угля, повторную промывку угля проводят хом стерильном виде.0,05-0,5 М водным раствором мочевины.

Таблица 1

Влияние предлагаемого способа обработки активированного угля СКТ-бА на кинетику сорбции Р-хлорофоса (15,75 мкг/мл); уменьшение радиоактивности рабочих растворов, %, от исходной,принятой за ЮС

Предлагаемый способ может найти применение в коммунальной и промышленной гигиене для очистки воды и других жидкостей, в токсикологии и клинической токсикологии для очистки различных средств и биологических жидкостей с использованием таких методов детоксикации как гастро-, энтеро-плазмо-гемо-микросорбция, кишечный лаваж и др.

Следует обратить внимание на то, что предлагаемый способ предполагает использование активированного угля таких марок (СКТ-6А, КМ-2, ФАС) и мочевины, которые разрешены Фармкомитетом Минздрава

ях.

и применение в практике не нуждается в дополнительной проверке на экспериментальных животных и в клинических услови

Использование: изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности. Цель - повышение сорбционной активности активированного угля. Сущность способа заключается в том, что промышленный уголь после просеивания и промывания водопроводной, а затем дистиллированной водой, промывают горячим этиловым спиртом-ректификатом. Уголь заливают 0,05-0,5 М водным раствором мочевины и через 12- 18ч промывают таким же раствором. После стерилизации актоклавной обработкой уголь используют по назначению или хранят в сухом виде. Способ позволяет усилить сор- бционную активность активированного угля и эффективность сорбции токсических веществ, например фосфорорганических соединений, из воды, плазмы и других биологических жидкостей. 7 табл.

Желудоч о сок,Исходный

1:5 рН 2,4ч

Желудочо сок 1:5 рН 2,44

0,05 М мочевина Достоверность различий

16,519,4 22,2 16,0

24,0 34,0 30,7 32,4

0,1

0,001 0,01

Влияние предлагаемого способа обработки активированного угля ФАС на кинетику сорбции Р - хлорофоса (90 мкг/мл); уменьшение радиоактивности рабочих растворов, %, от исходной, принятой за 100

Таблица2

Таблица

Влияние предлагаемого способа обработки активированного угля КИ-2 (СИТ-1 ) на кинетику сорбции ; й-тиофо- са из плазмы (23,73 мкг/мл)

Таблица5

Влияние предлагаемого способа обработки сорбента КМ-2 на кинетику сорбции S-тиофоса из плазмы (28,3 мкг/мл)

Таблицаб

Влияние предлагаемого способа обработки сорбента КМ-2 на кинетику сорбции S-тиофоса цельной к.рови (5 мкг/мл)

различии р

0,05

Влияние предлагаемого способа обработки сорбента СКТ-бА на кинетику сорбции $-метафоса из цельной крови (27 мкг/мл)

1Исходный18,828,k24,128,225,7

20,5 М мочевина28,331,934,735,134,0 Достоверность t1,520,782,943,582,27 различий р --0,050,05

Таблица7