Способ подготовки активированного угля для сорбции

(19) (11) А 1Цт1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ химико-фарти, а именно ованного угдля проведевеществ, соединений желудочного иологических ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Центральный институт усовершенствования врачей(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ДЛЯ СОРБЦИИ(57) Использование: изобретение относитсяк химико-фармацевтической промышленности. Цель - повышение сорбционной активности активированного угля, Сущность Изобретение относится к мацевтической промышленнос к способам подготовки активи ля, и может быть использовано ния сорбции токсически например фосфорорганически из воды, солевых растворов, сока, плазмы, крови и других б 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 М соляной кислотой и добавление 0,1 М раствора едкого натра до нейтральной рН с последующим автоклавированием,(5)5 А 61 К 33/44, В 01,3 20/20 С 01 В 31/08 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 - 18 ч промывают таким же раствором. После стерилизации актоклавной обработкой уголь используют по назначению или хранят в сухом виде. Способ позволяет усилить сорбционную активность активированного угля и эффективность сорбции токсических веществ, например фосфорорганических соединений, из воды, плазмы и других биологических жидкостей. 7 табл. Несмотря на такой метод кондиционирования и буферирования углей до рН 39,8+4 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 физиологиче 177937650 55 ским раствором с линейной скоростью 14- 30 смlмин,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 фосфорорганических 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 низко- молекулярного 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. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 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 гидрофильностью, 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 обьемами дистиллированной воды.Промывают уголь при перемешивании горячим этиловым спиртом-ректификатором (600 л на 1 кг угля).Повторно промывают уголь 20 объемами 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 обьемами раствора мочевины гой же концентрации.40 45 50 55 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 используют 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).При еры 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 СКТА, КМ(СИТ), ФАМ и СКНк. Влияние предлагаемого способа обработки активированных углей было изучдно в опытах по сорбции Р-хлорофоса, Я-тиофоса и Язгметафоса из физиологического раствора с различным рН, желудочного сока рН 2,4 (в разведении 1:5), плазмы и крови. Соотношение сорбент: среда =1:10, Применялся статический метод сорбции, Радиометрические исследования проводились на аппарате "Роботрон-РТФ" (радио- метрический диапазон от 40 КЭФ до 3 МЭФ) с торцовым счетчиком.В качестве контроля (исходный) использовались активированные угли, обработанные способом, взятым за прототип.Результаты опыта представлены в табл,Материалы табл. 1 свидетельствуют, что обработанный предлагаемым способом (0,05 М раствором мочевины) активированный уголь СКТА проявляет как в физиологическом растворе рН 2,0, так и в желудочном соке рН 2,44 большую сорбционную 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, рН0,01 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 сорбци 5 10 15 20 25 30 35 онную активность сорбента в физиологическом растворе по отношению к Р хлороэгфосу по сравнению с исходным сорбентом (разница становится статистически достоверной к 120 мин опыта), Более выражена эта тенденция в кинетике сорбции токсикоагента 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; Я-тиофоса (см. результаты35опыта, представленные в табл. 3).Результаты исследования, представленныее в табл, 3, свидетельствуют, что и редлагаемая обработка активированного угля СКТА 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 СКТА 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(СИТ) для сорбции Я-тиофиса из плазмы,Результаты опытов представлены соответственно в табл, 4 и 5,Как видно из материалов табл, 4, уменьшение исходной радиоактивности рабочих растворов Я-тиофоса в плазме, т,е. убыльзконцентрации токсоагента из плазмы в ходе сорбции, происходит неодинаково. В процессе сорбции исходным сорбентом КМ, обработанным способом, который взят за прототип, эта концентрация уменьшается в диапазоне 25,4(через 30 мин) до 37,8 о(через 6 ч). В процессе сорбции сорбентом, обработанным предлагаемым способом, концентрация токсоагента уменьшается на 38,1 - 47,8 - 61,1 - 76,0 - 84,7 о(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-",ь.Из материалов табл, 5 видно, что уменьшение исходной радиоактивности рабочего раствора Я-тиофоса в ходе сорбции сорэбентом, обработанным предлагаемым способом (0,005 М раствором мочевины), 5 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 Я-тио 35фоса: уменьшение исходного уровня радио активности 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, обработанных разными концент рациями мочевины, статистически достоверна и составляет по дополнительным подсчетам 12 - 25 - 34 - 40 - 50 - 60 и 64 относительныхв сроки первый и каждый последующий час сорбции соответст венно,Таким образом, предлагаемый способ обработки сорбента КМ(СИТ) увеличивает его сорбционную активность в отношении 3-тиофоса в плазме, причем 25 обработка 0,5 М раствором мочевины предпочтительнее, чем обработка 0,05 М мочевиной.Предлагаемый способ обработки активированного угля КМбыл испытан в ана логичных 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 35 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 40 обращаем внимание, что в процессе сорбции Я-тиофоса иэ крови сорбентом КМ 35(СИТ), обработанным способам, который взят за прототип, уменьшение исходного уровня радиоактивности рабочего раствора 45 токсиагента в крови в течение 90 мин опыта составляет 7,6 - 16,9%, А уменьшение исходного уровня радиоактивности крови, т,е. убыль концентрации токсиагента, в ходе сорбции сорбентом, обработанным предла гаемым 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, 55Таким образом, предлагаемый способ обработки активирован ного угля КМ(СИТ), включая последующее хранение в сухом виде, повышает его сорбционную активность к Я-тиофосу в крови, по сравнению35 с обработкой сорбента, принятой за прототип.Иэ результатов опыта, представленных в табл. 7, видно, что при сорбции Я-метафоса из крови, активированным углем СКТ 6 А, обработанным способом, который взят за прототип (исходный), уменьшение исходного уровня радиоактивности рабочего раствора токсоагента в течение 2 ч нарастало от 18,8 до 25,70 , Когда был применен предлагаемый способ обработки угля, включая последующее хранение в сухом виде, и дополнительную обработку, то уменьшение исходного уровня радиоактивности, т,е. 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 исходным сорбентом СКГА (прототип) и сорбентом, обработанным предлагаемым способом, статистически достоверна через час и полтора часа от начала сорбции.Таким образом, предлагаемый способ подготовки, включая последующее хранение активированного угля СКТА, повышает его сорбционную активность в отношении метафоса из крови по сравнению со способом обработки, взятым за прототип.Анализируя весь объем исследований, а также опыт, полученный при обработке по предлагаемому способу, включая его испытания и проверку, в т.ч, результаты, представленные 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 представителях ФОС, в различных средах, А именно, предлагаемый способ оказался эффективным при обработке активированного угля 3 марок: СКТА (табл. 1, 3 и 7), КМ(табл, 4, 5 и 6) и ФАС (табл, 2), Сорбция 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 раствора 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 конкретных задач сорбции (т,е, вида токсоагента, например конкретного представителя ФОС), среды, из которой намечается сорбция, требуется определенный выбор марки активированного угля и концентрации ниэкомолекулярного водорастворимого неэ16,4 Исходный 2 , физ.раствор, рН 2,0 20,4 23,3 30,0 20,6 0,05 И мочевина Достоверность различий р0 25 0 01 О 0116,5 19,4 22,2 16,0 Желудоч.сок,1:5 рН 2,44 Исходный 24,0 34,0 30,7 32,4 йелудоч,сок1:5 рН 2,44 0,05 Н мочевина Достоверность различий р0,1 0,001 0,01 лектролита, например мочевины, диапазон Предлагаемый способ может найти прикоторых определен в предлагаемом спосо- менение в коммунальной и промышленнойбе, Примеры такого выбора, как указыва- гигиене для очистки воды и других жидколось выше, представлены в табл. 1 - 7. стей, в токсикологии и клиническойтоксикоЭтот способ является новым оригиналь логии для очистки различных средств иным подходом к обработке активированно- биологических жидкостей с использованиго угля (марок СКТА, КМ, ФАС). ем таких методов детоксикации как гастро-,Предлагаемый способ позволяет, с одной энтеро-плазма-гемо-микросорбция, кишечстороны, более полно учитывать как физико- ный лаваж и др,химические свойства сорбента, так и свой Следует обратить внимание на то, чтоства сорбируемых токсоагентов. с другой, предлагаемыйспособпредполагаетиспольсвойства низкомолекулярных водораство- зование активированного угля таких марокримых неэлектролитов, например мочеви- (СКТА, КМ, ФАС) и мочевины, которыены;химическуюреакционнуюспособность, разрешены Фармкомитетом Минздравагидрофильность, дипольный момент, спо СССР к клиническому применению и ширособность оказывать влияние на гидратные ко используются в практике.оболочки активированного угля и биополи- Поскольку методы сорбции и детоксикамеров, способность атаковать слабые неко- ции по основным условиям и параметрамвалентные связи между компонентами существенно не отличаются от методов ибиокомплексов, воздействовать на водо условий, в которых испытывался и проверодные и гидрофобные связи и др, рялся предлагаемый способ, внедрение егоВсе это, вместе взятое, обеспечивает и применение в практике не нуждается ввоэможность повысить сорбционную актив- дополнительной проверке на эксперименность активированного угля в отношении тальных животных и в клинических условитоксоагентов, например ФОС; оптимиэиро ях.вать процесс сорбции и добиться большейэффективности сорбента по сравнению со Формула изобретенияспособом, взятым за прототип, Способ подготовки активированного угК достоинствам предлагаемого способа ля для сорбции, включающий просеиваниеотносится его простота и доступность, де угля, промывку водой, кипячение, высушишевизна и экономичность. он не требуе вание, экстрагирование горячим спиртом,дополнительных материальных затрат. Кро- повторную промывку с последующей стериме того, к достоинствам предлагаемого спо- лизацией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, ссоба относится возможность хранения целью повышения сорбционной активностиобработанного активированного угля в су угля, повторную промывку угля проводятхом стерильном виде, 0,05 - 0,5 М водным раствором мочевины.Таблица 1Влияние предлагаемого способа обработки активированного угляСКТА на кинетику сорбции Р-хлорофоса (15,75 мкг/мл);уменьшение радиоактивности рабочих растворов, 4, отисходной, принятой за 1001779376 Таблица 2 Влияние предлагаемого способа обработки активированного угляФАС на кинетику сорбции Р - хлороФоса (90 мкг/мл);, тауменьвение радиоактивности рабочих растворов, 4, от исходной, принятой за 100 ВГ Средаи/и Тип обработки сорбентаДостоверность различий, р3,1 3,1 3 Желудоч.сок Исходный (1:5) 11,4 8,2 17,4 0,02 - 0,05 11,0штее твштт Таблица 3 Среда Тип обработки сорбента1779376 Таблица 4 Влияние предлагаемого способа обработки активированногоугля КМ(СИТ) на кинетику сорбции К-тиофоЮ 5са из плазмы (23,73 мкг/мп) о Уменьшение исходного уровня радиоактивности плазмы,4 во времени, чТип обработки сорбента и/и1 0,5 1 2 35,8 33,2 61,1 76,0 Исходный0,05 М мочевинл 0,002 0,001 Достоверностьразличий р С Т а б л и ц а 5 Влияние предлагаемого способа обработки сорбента КМна кинетику сорбции т Б-тиофоса из плазмы (28,3 мкг/мл) Тип обработки сорбентаУменьшение исходного уровня радиоактивности плазмы,Ф во времени, ч щюи/п 0,5 20,4 20,2 21,4 1 0,05 М мочевина 11,3 2 0,5 М моцевина 24,1 9,946,1 60,3 68,1 9,62 17,66 0,001 0,001 Достоверность с 2,3 различий р0,1 10,79 0,001 Таблица 6 Влияние предлагаемого способа обработки сорбента КМна кинетику сорбции Б-тиофоса цельной крови (5 мкг/мл) Уменьшение исходного уровня радиоактивности крови,Ф во времени, мин Тип обработки сорбента МЗфи/и 90 14,2 7,6 10,6 17,6 15,3 21,9 0,61 1,08 3,24В ж 0,05 1 Исходный2 0,5 М моцевина 11,2 0,22 Достоверность Сразличий р с г ,4 30,8 38,1 47,8 3,09 6,8 0,05 0,01 10,1 32,4 4,27 0,02 16,9 14,6 0,46 11,641,311,890,001 цю ю33,5 30,678,6 84,78,5 18,0Ов 002 01001 37,884,926,00,001 71,57,530,0021779376 15 Таблица 7 Влияние предлагаемого способа обработки сорбента СКТА на кинетику сорбции 8 -метафоса из цельной 35 крови (27 мкг/мл)Уменьшение исходного уровня радиоактивности крови,4 в период сорбции, мин МУи/и ЗО35690 120 1 Исходный2 0,5 М мочевина 28,4 24,1 28,2 31,9 34,7 35,1 0,78 2,94 3,580,05 0,05 18,8 28,3 25,7 34,0 Достоверность с 1,52 2,27 различий рСоставитель М,ВавиловТехред М,Моргентал Корректор В,Петраш Редактор Заказ 4401 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101