Спосіб одержання розчину натрій гіпохлориту медичного призначення

1. Спосіб одержання розчину натрій гіпохлориту медичного призначення шляхом обробки ізотонічного розчину натрій хлориду в електролізері проточного типу з титановими катодом і анодом, який відрізняється тим, що анод виготовляють з титану, покритого шаром модифікованого іоногенним полімером рутеній (ІV) оксиду, а саму обробку здійснюють безперервно, регулюючи швидкість C2 2 (19) 1 3 Зниження площі поверхні катодів у порівнянні з площею поверхні анодів призводить до зниження концентрації натрій гіпохлориту при одночасному збільшенні концентрації натрій хлорату. В зазначеному способі не розглядається питання щодо регулювання і досягнення певної кислотності вихідних розчинів натрій гіпохлориту. Проте рН є однією з основних характеристик медичних розчинів і його величина повинна обов'язково контролюватися. З ростом щільності струму у такому способі різко збільшується вихід побічних токсичних продуктів електролізу. Зрозумілим є той факт, що в прикладах надано лише одне значення щільності струму, а саме: 11мА/см2. Перевищення цього порогу ймовірно призводить до негативних наслідків підвищення забруднення вихідних розчинів токсичними хлорат-іонами. Саме з цих причин продуктивність відомого способу також дуже низька і не передбачає можливості промислового виробництва хімічно чистого продукту, який має стійкість до зберігання. Відомий спосіб можливо застосовувати лише на місці його використання та за потреби невеликого об'єму, оскільки одержаний за таким способом розчин натрій гіпохлориту є нестабільним: він може спонтанно змінювати кислотність та окисно-відновний потенціал на протязі декількох часів. В основу винаходу поставлено задачу одержання в промислових умовах стабільного розчину натрій гіпохлориту високої чистоти без домішок натрію хлориту, хлорату завдяки особливостям застосування нового матеріалу анодного електроду та вибору оптимальних параметрів ведення процесу. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі одержання розчину натрій гіпохлорату медичного призначення шляхом обробки ізотонічного розчину натрій хлориду в електролізері проточного типу з титановими катодом і анодом, згідно з винаходом, анод виготовляють з титану, покритого шаром модифікованого іоногенним полімером рутеній(ІV) оксиду, а саму обробку здійснюють безперервно, регулюючи швидкість потоку розчину та струмове навантаження в режимі стабілізації струму таким чином, щоб одержати розчин натрій гіпохлориту з концентрацією 200-1000мг/л без домішок іонів хлоратів і хлоритів із значенням рН в діапазоні від 6 до 8, який має стійкість до зберігання. Вибір нового матеріалу аноду зумовлений пошуком можливості гальмування процесів електрохімічного окиснення гіпохлорит-іонів, що запобігає утворенню під час електролізу хлорат- і хлоритіонів. Саме такі властивості були несподівано виявлені при використанні титанового аноду, що покритий шаром рутеній (ІV) оксиду (у подальшому оксиднорутенієвий титановий анод - ОРТА), який, в свою чергу, модифікований іоногеним полімером. Головні критерії для вибору полімерамодифікатора полягали в здатності полімера незворотньо адсорбуватися на поверхні рутеній(ІV) і титан(ІV) оксидів, в його хімічній стійкості в умовах проведення електролізу та здатності до ефективного переносу протонів, що дозволяє збільшити 80486 4 селективність до цільового процесу. Таким критеріям найкраще відповідають перфторовіні сульфокислотні поліелектроліти. Саме використання такого модифікованного ОРТА дозволяє проводити процес безперервно і варіювати його певними параметрами (струмове навантаження, швидкість потоку) таким чином, щоб одержати розчин натрій гіпохлориту з концентрацією 200 -1000мг/л без домішок іонів хлоратів і хлоритів із значенням рН в діапазоні від 6 до 8, який має стійкість до зберігання. У заявленому способі переважним є використання ізотонічного розчину натрій хлориду, приготованого на деіонізованій воді. Використання стерильних медичних ізотонічних розчинів натрій хлориду, приготованих на деіонізованій воді без домішок органічних сполук, дозволяє гарантовано одержувати розчини натрій гіпохлориту, які відповідають всім вимогам до лікарняних препаратів. Електролізер проточного типу доцільно виконувати з нерозділеними електродними камерами. Об'єднання катодної та анодної камер дозволяє зменшити затрати електрики в зв'язку з вищою електропровідністю міжелектродного простору. Безперервна робота електролізера такого типу дозволяє застосувати спосіб, що заявляється, у промисловому виробництві розчину натрій гіпохлориту з його подальшим розфасуванням та реалізацією. Згідно з ще одним втіленням винаходу ізотонічний розчин натрій хлориду подається до електролізеру за допомогою насосу перистальтичного типу зі швидкістю 100-130мл/хв. Використання насосу перистальтичного типу забезпечує рівномірну подачу вихідного розчину зі швидкістю 100¸130см3/хв, що дозволяє гарантовано одержувати розчини натрію гіпохлориту із заданою кислотностю і концентрацією. Концентрація розчинів може змінюватися у діапазоні 2001000мг/л по активному хлору за рахунок варіювання величини струмового навантаження і швидкості протоку ізотонічного розчину натрій хлориду. Крім того, доцільно струмове навантаження обирати в діапазоні 0,5-3,5А. При такому струмовому навантаженні в електролізері хлорат- і хлорит-іони не напрацьовується через те, що на модифікованому ОРТА перенапруга виділення кисню вища, ніж на платиновому титановому аноді (прототип), тому швидкість процесу окиснення гіпохлорит-іонів до хлорат- і хлоритіонів значно нижча. Розчини натрій гіпохлориту, одержані даним способом, не містять домішок хлоратів і хлоритів. Використання електролізеру з нерозділеними електродними камерами, з титановим катодом та модифікованим ОРТА дозволяє проводити синтез розчину натрій гіпохлориту високої чистоти (без домішок хлоритів та хлоратів) та стабільної кислотності (рН 6,0¸8,0). Спосіб, що заявляється, дозволяє одержати розчин натрій гіпохлориту з продуктивністю у 6 разів більшою, ніж у способі прототипу. У подальшому заявлений винахід пояснюється конкретними прикладами, які достатні для пояс 5 80486 нення можливих втілень та переваг даного винаходу і які не обмежують всі інші модифікації способу, заявлені в наданій формулі винаходу. Приклад 1 Для одержання розчинів натрій гіпохлориту заданих концентрацій було виготовлено електролізер з катодом із титану і модифікованим ОРТА з видимою площею поверхні аноду 165см2. Модифікування анодів проводили шляхом послідовної експозиції в 0,15%-ному розчині перфторованого іоногенного полімера і рекристалізації їх оксидного шару при анодній поляризації зі щільністю струму 100мА/см2. В якості полімеру використали перфторований сульфокислотний поліелектроліт з еквівалентною масою 1100. Розчин натрій хлориду 6 готували на деіонізованій воді без домішок органічних сполук і подавали до електролізеру за допомогою насоса перистальтичного типу, а електроліз проводили в режимі стабілізації струму при струмовому навантаженні 0,5-3,5А. Випробування були проведені при різних струмових навантаженнях і швидкостях подачі ізотонічного розчину натрій хлориду. В таблиці 1 наведені дані по кислотностях і концентраціях розчинів натрій гіпохлориту з розрахунку на активний хлор при різних струмових навантаженнях на електролізері. Експерименти проведені при швидкості протоку електроліту 120см3/хв і температурі 25°С. Таблиця 1 Анодний струм, А 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Концентрація розчину по активному хлору, г/л 0,20 0,34 0,51 0,69 0,88 1,10 1,29 В таблиці 2 наведені дані по концентраціях і кислотностях розчинів натрій гіпохлориту при різних швидкостях протоку ізотонічного розчину на рн 7,1 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 трій хлориду через комірки електролізеру і струмовому навантаженні 1,5А. Таблиця 2 Швидкість протоку, см3/хв 100 110 120 130 Концентрація розчину по активному хлору, г/л 0,56 0,54 0,51 0,48 Порівняльний аналіз результатів випробувань по таблицях 1 і 2 однозначно свідчить, що концентрації та кислотність розчинів натрій гіпохлориту можливо легко змінювати в широкому діапазоні за рахунок варіювання величини анодного струму і швидкості протоку ізотонічного розчину натрій хлориду. Хімічний аналіз одержаних розчинів показав відсутність у них домішок хлоритів, хлоратів. Приклад 2 Умови ті самі, що в прикладі 1, але електроліз проводили при навантаженні струму на електролізері 20А та при швидкості потоку розчину 100мл/хв. За 1год. було одержано 57,2л розчину з концентрацією 1000мг/л. Домішок натрій хлорату та хлориту не виявлено. Згідно зі способом прототипу при електролізі 0,89%-ного розчину натрій хлориду в електролізері проточного типу з електродами з платинованого титану з площею поверхні електродів 1800см2, при швидкості протоку розчину 100мл/хв та загальному навантаженні струму на електролізері 20А концентрація натрій гіпохлориту в продукті становила 1600мг/л. Після роботи рН 6,0 6,8 7,4 8,0 електролізера протягом 1 години та розбавлення одержаного розчину до концентрації 1000мг/л було отримано 9,6л розчину натрій гіпохлориту. При електролізі 0,89%-ного розчину натрій хлориду за способом, що пропонується, в електролізері з титановим катодом та анодом ОРТА при тому самому навантаженні струму, що і в прототипі, за 1 год було одержано 57,2л розчину з концентрацією 1000мг/л. Таким чином, продуктивність способу одержання натрій гіпохлориту, що пропонується, в 6 разів вища, ніж в способі прототипу. Приклад 3 Для порівняння витрат електрики способу, що пропонується, зі способом прототипу здійснили електроліз розчину натрій хлориду у тих самих умовах, що і в прикладі 1, але при струмовому навантаженні на електролізер 3,5А та при швидкості потоку розчину 100мл/хв. В одержаному розчині вміст натрій гіпохлориту становив 1550мг/л при повній відсутності домішок натрій хлорату і хлориту. 7 80486 8 Таблиця 3 Анодний струм, А Електролізер Спосіб, що пропонується Спосіб за прототипом Концентрація розчину по NaClO,г/л рн 3,5 1,55 7,8 Відсутні 1355 20 1,6 Не вказано 10 7500 Концентрація домішок Витрати электрики на натрій хлорату, мг/л грам продукту, Кл/г *- межа визначення 2 мг/л. Згідно з даними таблиці, способ, що заявляється, дозволяє одержати натрій гіпохлориту з витратами електрики в 5,5 разів менше, ніж в способі прототипу. Розчин натрій гіпохлориту, що одержують, не містить домішок оксигенних сполук хлору та має оптимальне значення рН, при якому в розчинах не протікають реакції внутрішньомолекулярного та міжмолекулярного окиснення або відновлення гіпохлорит-іонів. Приклад 4 Для порівняння характеристик немодифікованого і модифікованого рутеній (ІV) оксидного тита нового аноду було виготовлено два електролізера з трьома послідовно з'єднаними електрохімічними комірками з катодом із титану і немодифікованим та модифікованим ОРТА. Випробування на двох електролізерах були проведені при рівних навантаженнях струму (1,5А) і швидкостях подачі (120см3/хв) вихідного ізотонічного розчину натрій хлориду. В таблиці 4 наведені дані по концентраціях натрій гіпохлориту, домішок натрій хлориту і хлорату (з розрахунку на активний хлор) та по кислотностях розчинів натрій гіпохлориту для обох електролізерів. Таблиця 4 Анодний матеріал Концентрація NaClO, г/л Немодифікований ОРТА Модифікований полімером NafionÒ ОРТА При порівнянні результатів випробувань за прикладом 3 можна впевнено сказати, що модифікування ОРТА іоногенним полімером Nafion® запобігає утворенню під час електролізу хлорат- і хлорит-іонів, що є наслідком значного гальмування полімером, який модифікує, процесів електрохімічного окиснення гіпохлоріт-іонів. Як бачимо по прикладах 1-4, застосування електролізеру з нерозділеними електродними камерами, з титановим катодом та модифікованим Комп’ютерна верстка В. Клюкін 0,51 0,54 Концентрація хлорит- і хлорат-іонів, мг/л 4,3 Відсутні ОРТА дозволяє проводити синтез розчинів натрій гіпохлориту зі стабільними параметрами кислотності (pH 6,0-8,0), концентрації (у діапазоні 2001000мг/л з розрахунку на активний хлор) і високої чистоти (без домішок натрій хлориту і хлорату). Таким чином, спосіб електрохімічної обробки медичних ізотонічних розчинів натрій хлориду, що заявляється, дозволяє одержувати розчини натрій гіпохлориту заданої концентрації, кислотності та чистоти. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601