Спосіб одержання кремнеземного адсорбенту

Спосіб одержання кремнеземного адсорбенту шляхом згорання в факелі реакційної суміші, яка містить повітря, водень і пари чотирихлористого кремнію, охолодження продуктів реакції, коагулювання твердих частинок в агрегати, відділення порошкового продукту від газового потоку, звільнення його від адсорбованих речовин, який відрізняється тим, що повітряну дисперсію кремнезему додатково пропускають щонайменше через три або більше відсаджувальних камер, в яких підтримують швидкість висхідного потоку дисперсії в межах 7 ×10 -1 - 5 × 10 -4 м × с -1, причому в кожній наступній камері встановлюють швидкість потоку в 4-40 разів меншою, ніж в попередній, а як адсорбент використовують фракцію кремнезему з питомим об‘ємом 17 - 23 см 3 × г - 1. 37444 (11) UA користовують в медицині в якості препарату адсорбції білкових речовин. Але через малу білковосорбційну здатність (до 400 мг/г)* таке їх використання є обмеженим, що є недоліком як цих продуктів, так і способу їх одержання. Загальними суттєвими ознаками цього відомого способу і способу, є використання кремнеземів в якості препарату адсорбції білкових речовин в медицині. Відомий також спосіб (прототип) одержання кремнезему у вигляді ультрадисперсного діоксиду кремнію шляхом згорання в факелі реакційної суміші, яка містить повітря, водень і пари чотирихло-ристого кремнію, охолодження продуктів реакції, коагулювання твердих частинок в агрегати, відділення порошкового продукту від газового потоку і одностадійного звільнення його від адсорбованих речовин - хлору і хлористого водню (див. А. св. СРСР № 1456359. Спосіб одержання високодисперсного діоксиду кремнію або титану, кл. С01В33/18 - Бюл. № 5, 1989). Такий коагулюваний продукт має питому поверхню на рівні 100400 м 2/г, питомий об'єм коагульованих агрегатів від 5 до 50 см 3/г, розмір агрегатів в межах 3 - 500 мкм і білковосорбційну здатність 350 - 750 мг/г. (19) Винахід стосується області одержання порошкових неорганічних матеріалів, конкретно ультрадисперсного кремнезему, який можна використовувати в медицині в якості аплікаційного сорбенту для лікування гнійних ран, а також ентеросорбенту для виведення із організму людини токсинів білкового походження. Відомий спосіб (аналог) одержання кремнеземного сорбенту, який включає змішування розчиненого в воді силікату натрію з сірчаною кислотою з утворенням діоксиду кремнію в вигляді кремнезолю, витримування останнього в коагуляторі до утворення гідрогелю з розміром частинок до 10 мм, промивання гідрогелю до рН=4-5, його подрібнення до порошкового стану, висушування і прокалювання з одержанням силікагелю, або промивання гідрогелю до одержання нейтрального розчину і витримування в киплячій воді з подальшим сушінням та одержанням ксерогелю (див. Меренкова Т. М. Виробництво синтетичних силікатів і кремнеземів в капіталістичних і країнах, що розвиваються. - Хімічна промисловість за рубежем, 1984. - № 11. - С. 22-41). Кремнеземи у вигляді силікагелю і ксерогелю, одержані таким способом, мають питому поверхню на рівні 800 та 350 м 2/г, відповідно, і ви (13) C2 (22) 14.12.1998 (24) 15.08.2002 (46) 15.08.2002, Бюл. № 8, 2002 р. (72) Миронюк Іван Федорович, Чуйко Олексій Олексійович, Яремчук Богдан Миколайович, Огенко Володимир Михайлович (73) Миронюк Іван Федорович, Чуйко Олексій Олексійович, Яремчук Богдан Миколайович, Огенко Володимир Михайлович (56) RU 2119454, 27.09.1998 EP 0634360, 18.01.1995 US 4147760, 03.04.1979 US 4559218, 17.12.1985 US 5785941, 28.07.1998 US 4108964, 22.08.1978 2 3 Загальними суттєвими ознаками прототипу і даного способу, є використання в медицині кремнеземного адсорбенту в вигляді ультрадисперсного діоксиду кремнію і спосіб одержання останнього шляхом згорання в факелі реакційної суміші, яка містить повітря, водень і пари чотирихлористого кремнію, охолодження продуктів реакції, коагулювання твердих частинок в агрегати, відділення порошкового продукту від газового потоку та звільнення його (продукту) від адсорбованих речовин. Примітка: Визначалась по адсорбції сиворотки альбуміну із фізіологічного розчину NаСІ мікробіуретановим методом (див. Кочегов Г. А. Практическое руководство по энзимологии. - М.: Высш. шк., I960. - С. 223-224). До недоліків такого способу відноситься те, що одержаний продукт має досить широкий діапазон зміни розмірів коагульованих агрегатів, причому крупніші агрегати характеризуються меншою питомою поверхнею і невисокими показниками адсорбції білкових речовин (200-400 мг/г), а в дрібніших агрегата х, які мають показник адсорбції на рівні 700-750 мг/г, містяться агрегати з розміром частинок до кількох десятків мікрон, що затруднює використання продукту в якості білковосорбційного препарату. Крім того, одержаний продукт, особливо з меншого питомою поверхнею, містить до 40% (мас.) агрегатованих частинок з питомим об'ємом менше 10 см 3/г, які будовою нагадують ксерогель і, в зв'язку з цим, знижують інтегральний показник білковосорбційної здатності всього продукту до 400-700 мг/г та роблять його нестабільним в різних партіях продукту. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб одержання кремнеземного адсорбенту зі стабільними і високими показниками адсорбції білкових речовин, який би не містив також надто дрібних (кількох десятків мікрон) частинок. Вказаний технічний результат досягається тим, що в якості кремнеземного адсорбенту використовують ультрадисперсний діоксид кремнію, який одержують шляхом згорання в факелі реакційної суміші із повітря, водню і парів чотирихлористого кремнію, охолодження продуктів реакції, коагулювання твердих частинок діоксиду кремнію в агрегати, відділення пухкого порошку від газового потоку і звільнення його від адсорбованих речовин (хлору і хлористого водню). Спосіб відрізняється тим, що відділений від газового потоку і звільнений від адсорбованих речовин пухкий порошок ультрадисперсного діоксиду кремнію додатково пропускають щонайменше через три або більше відсадочних камер, в яких підтримують швидкість висхідного потоку дисперсії в межах 7·10-1-5·10-4 м·с, причому в кожній наступній камері встановлюють швидкість потоку в 4-40 разів меншу, ніж в попередній, а в якості адсорбенту, з метою одержання максимальної його адсорбційної активності по відношенню до білкових речовин, використовують фракцію кремнезему з питомим об'ємом 17-23 см 3/г. Сукупність вказаних суттєви х ознак, тобто одержання ультрадисперсного кремнезему при 37444 4 згоранні в факелі суміші, яка містить повітря, водень і пари чотирихлористого кремнію, з подальшими охолодженням продуктів реакції, коагулюванням продукту, відділенням його порошку від газового потоку, звільненням від адсорбованих на його поверхні небажаних речовин, класифікацією продукту в дво х або більше відсадочних камерах при швидкості потоку в межах 7·10-15·10-4 м/с, яка зменшується в кожній наступній камері в 4-40 раз, і використанням в якості сорбенту фракції з питомим об'ємом 17-23 см 3/г забезпечує досягнення необхідного технічного результату - стабілізації і одержання максимальної адсорбційної його активності по відношенню до білкових речовин (на рівні 740-750 мг/г). При необхідності, попутно, можна зменшити в кремнеземному адсорбенті також і вміст дрібних агрегатів (з розміром частинок в кілька десятків мікрон), які погіршують лікувальні властивості продукту. Таким чином, підтверджується наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак, що заявляються, і технічним результатом, який при цьому досягається. Принципова схема здійснення способу приведена на фіг. Повітря, водень і пари чотирихлористого кремнію поступають на стадію 1 згорання реакційної суміші в факелі при температурі 10001400°С. Після цього продукти реакції - ультрадисперсний ді-оксид кремній і гази, представлені азотом, хлором, хлористим воднем, парами води і невигорівшим киснем, подають на охолодження до 150-250°С на стадію 2. Із цієї стадії газодисперсну суміш направляють на стадію коагулювання 3, де здійснюється агрегатування нанодисперсних частинок діоксиду кремнію в пухкі агрегати розміром 1-15 мкм. Укрупнений таким чином продукт відділяють від газового потоку на стадії 4 і направляють на стадію 5 десорбції із нього хлору і хлористого водню, яка проводиться в режимі псевдозрідження зволоженим повітрям або азотом при температурі 4001000°С. Під дією парів води і режиму псевдозрідження проходить також додаткове агрегатування частинок кремнезему до розмірів в межах 5500 мкм. Звільнений від адсорбованих речовин укрупнений пухкий порошок діоксиду кремнію розбавляють холодним повітрям і направляють на стадію класифікації 6, де в кількох (2-4) відсадочних камерах різних розмірів, в яких витримується швидкість висхідного потоку в межах 7·1015·104 м/с, розділяють на фракції, що відрізняються середнім розміром частинок і питомим об'ємом. При цьому найбільшу швидкість встановлюють в першій відсадочній камері і в кожній наступній камері її зменшують в 4-40 раз. В медичних цілях, як адсорбент білкових речовин, використовують фракцію, яка має питомий об'єм 1725 см 3/г, оскільки тільки в такої фракції забезпечується стабільний показник білково-сорбційної активності на рівні 735-750 мг/г і відсутні частинки, які мають розмір порядку десятків мікрон. Решта фракцій виводяться із інших 5 відсадочних камер і використовують як продукт для високоефективного згущування зріджених композицій, наповнювача полімерних матеріалів і інших те хнічних цілей. Приклад виконання способу (приклад № 1). На установку фракціювання подавали 36 кг/год вихідного кремнезему, одержаного шляхом спалювання в факелі реакційної суміші, що містила повітря, водень і пари чотирихлористого кремнію в стехіметричному відношенні, який після охолодження продуктів реакції, коагулювання твердих частинок в агрегати, відділення порошкового продукту від газового потоку, звільнення кремнезему від хлор у і хлористого водню мав питому поверхню 368 м 2/г, питомий об'єм 20,9 см 3/г і розмір агрегатованих частинок в межах 10400 мкм. Для покращання процесу до потоку кремнезему домішували 752,4 м 3/год. холодного повітря і з допомогою інжектора цей газодисперсний потік вводили в першу відсадочну камеру діаметром 2,21 м. При цьому в камері встановлювалася швидкість висхідного потоку, рівна 0,22 м/с, і з потоку відділялися частинки з питомим об'ємом 5,9 см 3/г і розміром понад 200 мкм в кількості 2,16 кг/год., що становить 6% (мас.) від вихідного потоку кремнезему. Після цього потік направляли в другу відсадочну камеру діаметром 5,9 м, де при швидкості висхідного потоку 0,016 м/с, що в 13,8 раз нижча, ніж в першій камері, відділяли 26,64 кг/год. продукту з розміром частинок 100200 мкм і питомим об'ємом 21,5 см 3/г. Це становить 74% (мас.) від вихідного потоку кремнезему. Решта продукту одержували в третій відсадочній камері при швидкості висхідного потоку 0,002 м/с, що ще в 8 раз нижча, ніж в попередній камері. Відділений продукт мав розмір частинок менше 100 мкм і питомий об'єм 23,1 см 3/г. Заміри білковосорбційної здатності кожної із одержаних фракцій показали, що вона становить відповідно - 310, 745 та 750 мг/г при значенні цього показника для нефракційованого продукту на рівні 720 мг/г. Питома поверхня фракцій становила 380, 375 та 220 м 2/г, відповідно, в якості кремнеземного адсорбенту для медичних цілей можуть вико-ристовуватися фракції із другої і третьої відсадочної камери, оскільки вони характеризуються максимальним значенням адсорбційної активності по відношенню до білкових речовин (альбуміну), але продукт із третьої камери містить переважно дрібні агрегатовані частинки (менше 100 мкм, в основному - менше 40 мкм), що значно обмежує його використання як медичного адсорбенту. Таким чином, в якості медичного кремнеземного адсорбенту відбирають продукт із другої камери, вихід якого становить 74% 37444 6 (мас.) від вихідного ультрадисперсного діоксиду кремнію. Інші приклади виконання процесу фракціювання для різної питомої поверхні ультрадисперсного кремнезему, різної кількості відсадочних камер і різних значень швидкостей висхідного потоку, а також характеристика одержаних продуктів приведені в табл. 1 та 2. Аналіз представлених матеріалів показує, що кремнеземний адсорбент з високою білковосорбційною здатністю для медичних цілей можна одержати із ультрадисперсного кремнезему з переважно високою питомою поверхнею (більше 280 м 2/г) шляхом виділення фракції продукту з питомим об'ємом 17-23 см 3/г. В такого продукту показник білковосорбційної здатності знаходиться на рівні 740 мг/г, а розміри частинок становлять 100-350 мкм. Для цього необхідно не менше трьох камер, висхідна швидкість потоку в яких знаходиться в межах 7·10-1-5·10-4 м/с і зменшується в кожній наступній камері в 4-40 раз. Зменшення питомого об'єму виділеної фракції кремнеземного адсорбенту нижче 17 см 3/г приводить до різкого зниження його білковосорбційної здатності, а збільшення понад 23 см 3/г не дає суттєвого росту адсорбційної активності, зате досягається шляхом відділення дрібніших частинок, що погіршує придатність препарату для медичних цілей. Збільшення швидкості висхідного потоку понад 0,7 м/с небажане в зв'язку з тим, що в першій камері буде практично відсутнє зсідання будьяких частинок продукту і вона перестане виконувати своє призначення, а зменшення за 5-10-5 м/с приведе або до різкого зниження продуктивності установки, або до гіпертрофованих розмірів останніх відсадочних камер. Зниження кратності зміни швидкості між відсадочними камерами до величини, меншої 4 раз, недоцільне, оскільки це не дозволяє досягати суттєвого покращання якості продукту і приводить тільки до збільшення кількості камер (приклади 4-6), а збільшення цього показника понад 40 дає різке погіршення гранулометричного складу продукту, зв'язане зі зменшенням кількості камер (приклади 7-9). При кількості камер меншетрьох не вдається відділити дрібні фракції продукту (приклади 7-9). Зниження питомої поверхні вихідного продукту потребує збільшення кількості камер понад три (приклади 10-12) і приводить до різкого зниження продуктивності установки по одержання кремнеземного адсорбенту для медичних цілей (приклади 13-15). Тому для фракціювання в відсадочних камерах бажаю брати продукт з питомою поверхнею понад 300 м 2/г. 7 37444 8 Таблиця 1 Основні параметри процесу фракцїювання кремнезему ПродукПродук- Номер відсадочної камери (№), її розрахунковий еквівалентний діаметр тивність Розхід тивність (De), швидкість висхідного потоку (W) і кратність зміни швидкості (n) між Но- устано- повіт- установкамерами мер вки по ря на ки по камера №1 камера №2 камера №3 камера №4 при- вихідкла- кремнекла ному сифі- земному ду кремне- кацію адсор- De м W м/с De м W м/с n De м W м/с n De м W м/с n зему, м 3/год бенту, кг/год кг/год 1 36,0 752,4 26,64 2,21 0,22 5,9 0,016 13,8 16,7 0,002 8,0 2 3,6 150,5 2,66 0,49 0,22 1,9 0,016 13,8 5,3 0,002 8,0 3 1,0 41,8 0,74 0,25 0,22 1,0 0,016 13,8 2,8 0,002 8,0 4 36,0 723,6 31,32 1,12 0,41 3,0 0,057 7,2 5,9 0,014 4,1 19,8 0,0013 11,5 5 3,6 144,7 3,13 0,35 0,41 0,9 0,057 7,2 1,9 0,014 4,1 6,3 0,0013 11,5 6 1,0 40,2 0,87 0,18 0,41 0,5 0,057 7,2 1,0 0,014 4,1 3,3 0,0013 11,5 7 36,0 576,0 31,68* 1,13 0,32 6,7 0,009 35,6 8 3,6 115,2 3,17* 0,35 0,32 2,1 0,009 35,6 9 1,0 32,0 0,88* 0,18 0,32 1,1 0,009 35,6 10 36,0 594,0 7,56* 1,34 0,23 3,1 0,042 5,5 18,0 0,0013 32,3 11 3,6 118,8 0,76* 0,42 0,23 1,0 0,042 5,5 5,7 0,0013 32,3 12 1,0 33,0 0,21* 0,23 0,23 0,5 0,042 5,5 3,0 0,0013 32,3 13 36,0 712,8 9,54 0,85 0,69 2,3 0,096 7,2 6,2 0,013 7,4 31,7 0,0005 26 14 3,6 142,6 0,95 0,27 0,69 0,7 0,096 7,2 2,0 0,013 7,4 10,0 0,0005 26 15 1,0 39,6 0,27 0,10 0,69 0,3 0,096 7,2 0,7 0,013 7,4 3,7 0,0005 26 Примітки: *Кремнеземний адсорбент містить дрібні фракції. Таблиця 2 Фізико-хімічні властивості кремнеземів, які брали участь в професі фракціювання в відсадочних камерах Номер Розмір фракції, прикладу мкм 1-3 Вміст фракції. % (мас.) Питомий об'єм продукту, см 3/г Білковосорбційна здатність по альбуміну*, мг/г 720 750 745 310 702 743 741 740 260 688 742 290 409 742 350 290 463 743 738 330 205 розчину NaСІ мікробіурета Питома поверхня кремнезему, м 2/г 10 - 400 100 20,9 368 10 - 100 20 23,1 380 100 - 200 74 21,5 375 200 - 400 6 5,9 220 4-6 10 - 500 100 20,1 284 10 - 100 5 34,6 340 100 - 200 30 22,5 300 200 - 350 57 19,5 285 350 - 500 8 6,5 180 7-9 10 - 500 100 16,0 297 10 - 200 88 17,4 310 200 - 500 12 6,1 200 10 - 12 10 - 500 100 16,5 235 10 - 100 21 33,5 310 100 - 300 40 13,8 230 300 - 500 39 10,1 200 13 - 15 10 - 500 100 19,3 227 10 - 60 15 47,0 340 60 - 200 26,5 23,0 280 200 - 350 28,5 15,5 220 350 - 500 30,0 5,1 130 Примітки: *Визначалась по адсорбції сиворотки альбуміну із фізіологічного новим методом. 9 37444 Фіг. ДП «Український інститут промислов ої в ласності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлов их, 15, м. Київ , 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науков ий коміт ет” вул. Артема, 77, м. Київ , 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71 10