CN113874320A - 活性炭吸附剂的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于,提供对于源自酚醛树脂的活性炭,改良树脂组成而提高在树脂碳化物中产生的细孔中的大孔的比例,能够以简易的步骤容易地制造可迅速吸附含氮的低分子化合物的活性炭吸附剂,且经济性优异的活性炭吸附剂的制造方法。本发明的解决手段是含有酚醛清漆树脂与甲阶酚醛树脂的复合酚醛树脂的制造方法,其具有:酚醛清漆树脂合成步骤,将苯酚、甲醛、酸性催化剂和乳化剂一边混合一边加热,制备酚醛清漆树脂成分;复合酚醛树脂制备步骤,在通过酚醛清漆树脂合成步骤得到的溶液中,将甲醛和碱性催化剂一边混合一边加热,在合成甲阶酚醛树脂成分的同时制备也含有酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂;碳化步骤,将复合酚醛树脂碳化,得到树脂碳化物;和活化步骤,将树脂碳化物活化,得到活性炭吸附剂。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭吸附剂的制造方法,特别涉及加速毒性物质的吸附速度的活性炭吸附剂的制造方法,是能够通过简易的步骤容易地制造作为起始原料的复合酚醛树脂、且能够提高收率、经济性优异的活性炭吸附剂的制造方法。
背景技术
肾病或肝病的患者毒性物质在血液中蓄积,其结果是,引起尿毒症、意识障碍等脑病。这些患者数有每年增加的倾向。患者的治疗使用将毒性物质去除到体外的血液透析型的人工肾脏等。然而,这样的人工肾脏从安全管理方面出发,操作需要专门技术人员,此外将血液提取到体外时,造成患者身体上、精神上和经济上的负担,这成为问题,未必能够令人满意。
作为替代人工器官的方法,开发了通过经口摄取而在体内吸附毒性物质、向体外排出的经口给与用吸附剂(参照专利文献1、专利文献2等)。然而,这些吸附剂是利用活性炭的吸附性能的吸附剂,因此应当去除的毒素的吸附容量、毒素相对于有用物质的选择吸附性不能说是充分的。一般而言,包括活性炭的疏水性高、不适合于吸附尿毒症的原因物质、其前体物质所代表的羟基吲哚硫酸、DL-β-氨基异丁酸、色氨酸等低分子量的离子性有机化合物的问题。
因此,为了改善活性炭吸附剂的问题,报告了作为原料物质而使用木质、石油系或煤炭系的各种沥青类等,形成球状等的树脂化合物,包含以它们作为原料的活性炭的抗肾病综合征剂(参照例如专利文献3)。前述活性炭以石油系烃(沥青)等作为原料物质,使粒径较均匀,通过碳化、活化而制备。此外,报告了经口给与用吸附剂,其在使活性炭本身的粒径较均匀的同时,针对该活性炭的细孔容积等的分布尝试进行了调整(参照专利文献4)。像这样,药用活性炭随着使粒径较均匀,改善了肠内的流动性差,同时通过调整细孔,实现了该活性炭的吸附性能的提高。因此,被大量轻度的慢性肾衰患者服用。
对药用活性炭,要求迅速且高效率的吸附尿毒症的原因物质、其前体物质。然而,以往的药用活性炭中的细孔的调整不能称为良好,吸附性能也不稳定。因此,必须增多每日的服用量。特别地,慢性肾衰患者由于限制了水分的摄取量,因此通过少量的水分吞咽对患者而言非常痛苦。除此之外,胃、小肠等消化道中,是糖、蛋白质等生理功能所不可缺少的化合物和由肠壁分泌的酶等各种各样的物质混合存在的环境。其中,期望迅速吸附成为尿毒症等的原因的毒性物质、特别是含氮的化合物,直接与粪便一起向体外排泄的药用的活性炭吸附剂。
发明人针对活性炭吸附剂的碳化前的原料、细孔的发展进行仔细研究。其结果是,通过作为活性炭的原料的树脂成分采用酚醛树脂、同时对树脂的组成进行钻研,适当地控制源自树脂碳化物的活性炭的细孔,最终发现了具有适合于低分子量的含氮化合物的迅速吸附的细孔分布的活性炭。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第3835698号公报
专利文献2:日本特开2008-303193号公报
专利文献3:日本特开平6-135841号公报
专利文献4:日本特开2002-308785号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于前述方面而进行,其提供一种活性炭吸附剂的制造方法,对于源自酚醛树脂的活性炭,通过改良酚醛树脂中的树脂组成,提高在树脂碳化物中产生的细孔中的大孔的比例,能够提供可迅速吸附含氮的低分子化合物的活性炭吸附剂,而且所述方法通过简易的步骤容易地制造该活性炭吸附剂,且经济性优异。
用于解决课题的手段
即,第一发明涉及活性炭吸附剂的制造方法,其是含有酚醛清漆树脂与甲阶酚醛树脂的复合酚醛树脂的制造方法,其特征在于,具有:酚醛清漆树脂合成步骤,其中,将苯酚、甲醛、酸性催化剂和乳化剂一边混合一边加热,制备酚醛清漆树脂成分;复合酚醛树脂制备步骤,其中,在通过前述酚醛清漆树脂合成步骤得到的溶液中,将甲醛和碱性催化剂一边混合一边加热,在合成甲阶酚醛树脂成分的同时制备也含有前述酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂;碳化步骤,其中,将前述复合酚醛树脂碳化,得到树脂碳化物;和,活化步骤,其中,将前述树脂碳化物活化,得到活性炭吸附剂。
第二发明涉及第一发明所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,下式(i)所示的前述苯酚的当量(P)与前述酚醛清漆树脂合成步骤中添加的前述甲醛的当量(FN)的当量比(R1)为0.5~0.9。
[数1]
第三发明涉及第一或第二发明所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,下式(ii)所示的前述苯酚的当量(P)与复合酚醛树脂制备步骤中添加的前述甲醛的当量(FR)的当量比(R2)为1.1~1.8。
[数2]
第四发明涉及第一至第三发明中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂的挥发成分为60%以下。
第五发明涉及第一至第四发明中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂是平均粒径为200~500μm的粒状物或球状物。
第六发明涉及第一至第五发明中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述碱性催化剂是胺化合物。
第七发明涉及第一至第六发明中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂中含有的酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的重量比为9:1至5:5。
第八发明涉及第一至第七发明中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述活性炭吸附剂是经口给与用肾病或经口给与用肝病的治疗剂或预防剂。
发明的效果
根据第一发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,其是含有酚醛清漆树脂与甲阶酚醛树脂的复合酚醛树脂的制造方法,具有:酚醛清漆树脂合成步骤,其中,将苯酚、甲醛、酸性催化剂和乳化剂一边混合一边加热,制备酚醛清漆树脂成分;复合酚醛树脂制备步骤,其中,在通过前述酚醛清漆树脂合成步骤得到的溶液中,将甲醛和碱性催化剂一边混合一边加热,在合成甲阶酚醛树脂成分的同时制备也含有前述酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂;碳化步骤,其中,将前述复合酚醛树脂碳化,得到树脂碳化物;和,活化步骤,其中,将前述树脂碳化物活化,得到活性炭吸附剂,因此,对于源自酚醛树脂的活性炭,通过改良酚醛树脂中的树脂组成而能够提高在树脂碳化物中产生的细孔中的大孔的比例,能够通过简易的步骤容易地制造可迅速吸附含氮的低分子化合物的活性炭吸附剂,且能够确立经济性优异的活性炭吸附剂的制造方法。
根据第二发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一发明中,式(i)所示的前述苯酚的当量(P)与前述酚醛清漆树脂合成步骤中添加的前述甲醛的当量(FN)的当量比(R1)为0.5~0.9,因此适合于酚醛清漆树脂成分的合成。
根据第三发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一或第二发明中,式(ii)所示的前述苯酚的当量(P)与复合酚醛树脂制备步骤中添加的前述甲醛的当量(FR)的当量比(R2)为1.1~1.8,因此甲阶酚醛树脂成分与酚醛清漆树脂成分的量的比例达到优选。
根据第四发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一至第三中任一项所述的发明中,前述复合酚醛树脂的挥发成分为60%以下,因此挥发成分的量少,活性炭吸附剂中的碳量增加,能够得到更致密的活性炭。
根据第五发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一至第四中任一项所述的发明中,前述复合酚醛树脂是平均粒径为200~500μm的粒状物或球状物,因此所形成的活性炭吸附剂达到适合于经口给与的服用的大小。
根据第六发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一至第五中任一项所述的发明中,前述碱性催化剂是胺化合物,因此能够得到稳定的反应。
根据第七发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一至第六中任一项所述的发明中,前述复合酚醛树脂中含有的酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的重量比为9:1至5:5,因此能够提高在树脂碳化物中产生的细孔中的大孔的比例。
根据第八发明所涉及的活性炭吸附剂的制造方法,第一至第七中任一项所述的发明中,前述活性炭吸附剂是经口给与用肾病或经口给与用肝病的治疗剂或预防剂,因此选择性吸附肾病或肝病的原因物质的效果高,适合于治疗剂或预防剂。
附图说明
图1是示出作为本发明的活性炭吸附剂的起始原料的复合酚醛树脂的制造方法的步骤图。
图2是示出从复合酚醛树脂至活性炭吸附剂的制造方法的步骤图。
图3是示出作为比较例1,2的活性炭吸附剂的起始原料的复合酚醛树脂的制造方法的步骤图。
图4是示出作为比较例3的活性炭吸附剂的起始原料的甲阶酚醛树脂的制造方法的步骤图。
具体实施方式
对于通过本发明的制造方法制造的活性炭吸附剂,作为起始原料的酚醛树脂是在树脂组成方面进行了改良的复合酚醛树脂,特别地,是含有酚醛清漆树脂与甲阶酚醛树脂两者的复合酚醛树脂,将其碳化而制成树脂碳化物,进行活化而得到。首先,使用图1的步骤图,说明复合酚醛树脂的合成步骤。
首先,向作为酚醛树脂的原料的苯酚中添加甲醛并混合,添加用于两分子的交联形成的酸性催化剂。一边搅拌一边进行80至100℃的加热,由此脱水缩合反应进行。在该阶段中,制备酚醛清漆树脂成分(“酚醛清漆树脂合成步骤”)。
在此,复合酚醛树脂经过碳化和活化而形成树脂碳化物,最终形成经口给与用的活性炭吸附剂。因此,活性炭吸附剂在口腔、食道、胃、十二指肠、小肠、大肠和消化道内顺畅流动的同时,吸附尿毒症等原因物质,与粪便一起从肛门排泄。由此,阻抗少的粒状或球形从各种的消化道内的顺畅流动的方便性出发是期望的形状。鉴于该点,期望从碳化前的树脂的阶段开始是粒状物或球状物。
因此,在酚醛清漆树脂合成步骤中添加乳化剂。包含在该步骤中制备的酚醛清漆树脂和在后述甲阶酚醛树脂合成步骤中制备的甲阶酚醛树脂的复合酚醛树脂通过利用乳化剂的作用的分散而形成粒状物或球状物。作为乳化剂,使用羟基乙基纤维素、阿拉伯胶(阿拉伯树胶)等水溶性的多糖类。乳化剂是烃化合物,因此即使在以后的碳化时也难以产生多余的残留成分。乳化剂的添加量是在复合酚醛树脂制备步骤整体中的总投料量的0.1~1重量份。根据乳化剂的种类、反应条件适当增减。
由于添加了乳化剂,因此通过酚醛清漆树脂合成步骤和复合酚醛树脂制备步骤中的加热和搅拌,乳液化进行,产生在反应液中形成粒状物或球状物的复合酚醛树脂(复合酚醛树脂颗粒)。可以认为通过添加乳化剂,包含苯酚等的反应液的表面张力提高,产生微小的液滴,促进球状化。该复合酚醛树脂的期望大小是平均粒径200~700μm的范围,更优选为平均粒径200~500μm的粒状物或球状物。该范围的粒径是预期了伴随下述的碳化煅烧的体积减少的大小。并且,所形成的活性炭吸附剂是适合于经口给与的服用的大小。
接着,向在苯酚中添加甲醛、酸催化剂和乳化剂而得到的酚醛清漆树脂合成步骤中产生的溶液中,追加混合甲醛。并且,添加用于使在溶液中残留的未反应的苯酚与甲醛形成交联的碱性催化剂。该溶液中,包含通过酚醛清漆树脂合成步骤而产生的酚醛清漆树脂、和未反应的苯酚和低分子量化合物。溶液中残留的未反应的苯酚、与所追加的甲醛和所添加的碱性催化剂一边搅拌一边进行80~100℃的加热,由此脱水缩合反应进行,由未反应的苯酚合成甲阶酚醛树脂成分。因此,制备含有在该步骤中合成的甲阶酚醛树脂成分和在先前步骤中合成的酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂(“复合酚醛树脂制备步骤”)。应予说明,生成的树脂成分被适当洗涤。
特别地,在作为本发明的活性炭吸附剂的起始原料的复合酚醛树脂的生成步骤中,合成酚醛清漆树脂的酚醛清漆树脂合成步骤、与合成甲阶酚醛树脂成分而制成复合酚醛树脂的复合酚醛树脂制备步骤中,向在苯酚中添加甲醛、酸催化剂和乳化剂而得到的溶液中,添加合成甲阶酚醛树脂成分的甲醛和碱性催化剂,因此在酚醛清漆树脂合成步骤后,不需要进行生成的树脂的洗涤、纯化。因此,伴随复合酚醛树脂的制造的工作量变得非常少,能够实现成本的降低。
替代前述的两步骤中使用的苯酚,还可以使用具有羟基的芳族化合物。可以举出例如甲酚(邻、间、对位)、对苯基苯酚、二甲苯酚(2,5-、3,5-)、间苯二酚、各种双酚等。
替代前述的两步骤中使用的甲醛,还可以使用下述醛化合物。可以举出乙醛、苯甲醛、乙二醛、糠醛等。
酚醛清漆树脂合成步骤中使用的酸性催化剂是无机酸、有机酸。实施例是草酸。除此之外,还可以举出甲酸等羧酸、丙二酸等二羧酸、盐酸、硫酸、磷酸等作为酸性催化剂。
复合酚醛树脂制备步骤中,在甲阶酚醛树脂成分的合成中使用的碱性催化剂使用胺化合物。胺化合物多用于甲阶酚醛树脂成分的合成,在得到稳定的反应方面是适合的。实施例中,使用六亚甲基四胺(乌洛托品、1,3,5,7-四氮杂金刚烷)、三亚乙基四胺(N,N'-二(2-氨基乙基)乙二胺)。除此之外,还可以举出氢氧化钠、氢氧化镁、碳酸钠、氨等作为碱性催化剂。复合酚醛树脂制备步骤中添加的碱性催化剂的量是在该步骤中的总投料量的5~15重量份。添加量依赖于碱性催化剂的种类等。
从酚醛清漆树脂合成步骤中的酚醛清漆树脂成分的合成促进与未反应物的减少出发,原料物质量通过当量比(摩尔换算量)规定。本发明的制造方法中使用的苯酚的当量(P)与酚醛清漆树脂合成步骤中添加的甲醛的当量(FN)的当量比(R1)的关系由前述的式(i),为0.5~0.9的范围。后述的实施例中,如果为该范围,则也适合于酚醛清漆树脂成分的合成。当量比R1低于0.5的情况下,苯酚的量过量,该当量比R1大于0.9的情况下,相对而言苯酚的量过少。
从复合酚醛树脂制备步骤中的甲阶酚醛树脂成分的合成促进与未反应物的减少出发,原料物质量也通过当量比(摩尔换算量)规定。苯酚的当量(P)与复合酚醛树脂制备步骤中添加的甲醛的当量(FR)的当量比(R2)的关系由前述的式(ii),为1.1~1.8的范围。如果收敛在该范围内,则甲阶酚醛树脂成分与酚醛清漆树脂成分的量的比例达到优选。当量比R2低于1.1的情况下,苯酚的量过量,该当量比R2大于1.8的情况下,相对而言苯酚的量过少。该当量比R1和R2的范围是考虑了适合的乳液形成等的范围,基于后述的实施例的检验。
由一系列步骤制备的复合酚醛树脂(含有酚醛清漆树脂成分和甲阶酚醛树脂成分的复合酚醛树脂颗粒)在适当的洗涤和干燥后,经过图2的步骤图所示的步骤,形成树脂碳化物。复合酚醛树脂容纳在圆筒状蒸煮电炉等煅烧炉内,将炉内设为氮气、氩气、氦气等不活泼氛围下,在300~1000℃、优选为450~700℃下用1~20小时碳化,形成树脂碳化物(“碳化步骤”)。
碳化步骤后,树脂碳化物容纳在旋转式外热炉等加热炉等中,在750~1000℃、优选为800~1000℃、进一步为850~950℃下进行水蒸气活化(“活化步骤”)。活化时间根据生产规模、设备等而不同,但为0.5~50小时。或者,也可以使用二氧化碳等气体活化。活化后的活性炭吸附剂通过稀盐酸洗涤。稀盐酸洗涤后的活性炭吸附剂通过按照例如JIS K 1474(2014)的pH的测定,水洗直至达到pH5~7。
稀盐酸洗涤后,根据需要,活性炭吸附剂在氧气和氮气的混合气体中进行加热处理、水洗涤,去除灰分等杂质。通过加热处理而去除残留的盐酸成分等。并且,通过经过各处理,调整活性炭吸附剂的表面氧化物量。酸洗涤后,通过对经活化的树脂碳化物进行加热处理,活性炭吸附剂的表面氧化物量增加。该处理时的氧气浓度为0.1~21体积%。此外,加热温度为150~1000℃、优选为400~800℃,为15分钟~2小时。
活化处理后、或接着活化处理的加热处理后的树脂碳化物(活性炭吸附剂)通过筛分,可以选择为平均粒径150~500μm、更优选为150~350μm的粒状物或球状物的活性炭。通过粒径的调整和分级,实现了活性炭吸附剂的吸附速度的恒定化和吸附能力的稳定化。粒径的范围没有特别限定,如果设为前述的范围,则使患者(服用者)的吞咽变得顺畅,同时能够确保活性炭吸附剂的表面积。此外,如果粒径一致,则能够使消化道内的吸附性能变得稳定。而且,还维持颗粒的硬度,抑制了经口给与后(服用后)在消化道内进一步粉化。故而,经口给与用吸附剂的活性炭的形状优选为球状物。但是,因制造而引起的真球度的偏差等也是允许的,因此也包括粒状物。
如前所述,经过酚醛清漆树脂合成步骤和复合酚醛树脂制备步骤而制备的复合酚醛树脂含有酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的两种的不同形质的酚醛树脂。酚醛树脂之中,酚醛清漆树脂是热塑性树脂,甲阶酚醛树脂是热固性树脂。因此,将复合酚醛树脂颗粒暴露于碳化步骤的加热温度时,该复合酚醛树脂颗粒中的酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分中,耐热性、熔融温度、挥发量等彼此不同。如此,认为与其说伴随煅烧的碳化变得恒定,不如说复合酚醛树脂颗粒的碳化以不均质的方式进行。通过碳化时的加热煅烧,从复合酚醛树脂颗粒中挥发碳化分解气体。预想通过该挥发而在树脂碳化物中产生裂纹、龟裂等。因此,可以认为源自复合酚醛树脂的树脂碳化物的活性炭吸附剂中相对容易发展大孔(大约50nm以上)。
因此,复合酚醛树脂(复合酚醛树脂颗粒)中所占的酚醛清漆树脂成分(前者)与甲阶酚醛树脂成分(后者)的比例为9:1~5:5。通过含有酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分,能够提高在树脂碳化物中产生的细孔中的大孔的比例,根据所吸附的目标物,通过改变比例,能够制造具有任意的吸附性能的活性炭。
从复合酚醛树脂(复合酚醛树脂颗粒)经过碳化而形成树脂碳化物,进一步经过活化而到达活性炭吸附剂的过程中,显然挥发成分的重量减少。因此,挥发成分的量越少则活性炭吸附剂中的碳量越增加,能够得到更致密的活性炭。因此,复合酚醛树脂(复合酚醛树脂颗粒)的挥发成分被抑制为60%以下。
复合酚醛树脂(复合酚醛树脂颗粒)在分子中具有芳香环结构,因此碳化率提高。进一步通过活化而产生表面积大的活性炭吸附剂。活化后的活性炭吸附剂与以往的木质、椰子壳、石油沥青等的活性炭相比,细孔直径也小,填充密度高。因此,适合于吸附分子量(分子量为数十至数百的范围)较小的离子性有机化合物。此外,复合酚醛树脂与以往的活性炭原料的木质等相比,氮、磷、钠、镁等灰分少,单位质量的碳的比率高。因此,能够得到杂质少的活性炭吸附剂。
对由前述的制造方法得到的活性炭吸附剂,要求后述实施例所述的尽可能快地吸附肝功能障碍、肾功能障碍的原因物质,此外要求以较少的服用量发挥充分的吸附性能。为了发现应当具备的性质的调和范围,活性炭吸附剂通过[1]BET比表面积、[2]水银细孔容积值、[3]容积比等指标来规定。并且,如后述实施例的倾向等所表明的,导出了各指标的适合的范围值。应予说明,以下记载的前述活性炭的物性等的测定方法和各条件等在实施例中详细描述。
并且,活性炭吸附剂是粒状物或球状物,其平均粒径没有特别规定,期望为150~400μm。如果颗粒本身的大小为前述的范围,则适当发展大孔等细孔,从选择吸附性的方面出发是优选的。此外,表面积达到适当,因此从吸附速度、强度的方面出发也是优选的。
本说明书和实施例中的活性炭吸附剂和复合酚醛树脂颗粒的平均粒径设为通过激光衍射·散射法求出的粒度分布中的累算值50%下的粒径。
[1]BET比表面积的800m2/g以上是指从吸附性能的观点出发作为活性炭吸附剂所需要的下限,优选规定为1500m2/g以上。其理由在于,如果小于700m2/g,则可以认为毒性物质的吸附性能降低。在BET比表面积大于3000m2/g的情况下,填充密度恶化,除此之外,细孔容积也变大,因此可以认为活性炭吸附剂本身的强度容易恶化。
[2]水银细孔容积(VM)是评价活性炭的中孔或大孔的大的细孔的指标。因此,细孔直径7.5~15000nm的范围的水银细孔容积为0.2~0.6mL/g。即,通过使大孔侧发展,吸附对象物质快速进入活性炭吸附剂的内部。水银细孔容积低于0.2mL/g的情况下,大孔发展不足。如果酚醛清漆树脂的比率提高,则存在大孔容易发展的倾向。因此,提高酚醛清漆树脂的比率的情况的源自酚醛树脂的活性炭的水银细孔容积的上限可以认为是0.6mL/g。因此,以该值作为上限,设为前述的水银细孔容积的值的范围。
[3]容积比(RV)如前述的式(i)所示,为0.2以上。该式(i)的容积比(RV)是将细孔直径7.5~15000nm的范围(大孔)的水银细孔容积(VM)除以细孔直径0.7~2.0nm的范围(微孔)的氮气细孔容积(VH)而得到的商。即,是表示与微孔相比大孔的比例高的指标。活性炭那样的吸附剂的情况下,微孔、中孔、大孔中任一细孔均存在。其中,通过使任一范围的细孔更多地发展,活性炭吸附剂的吸附对象、性能变化。本发明中期望的活性炭吸附剂预想吸附尿毒症的原因物质、其前体物质所代表的羟基吲哚硫酸、氨基异丁酸、色氨酸等含氮的低分子量的离子性有机化合物。并且,本发明的活性炭吸附剂与以往的活性炭吸附剂相比更快地吸附前述的吸附对象的分子。
通过相对提高大孔侧的比例,吸附对象能够容易地侵入活性炭吸附剂内部。并且,吸附对象被与大孔连接的微孔捕捉,吸附迅速进行。通常,从进食到排泄之中,食物通过消化而被分解,在小肠内流动的时间可以认为是大约6~10小时。即,在小肠内流动的过程中,经口给与用吸附剂(活性炭吸附剂)需要吸附作为目标的吸附对象的含氮的低分子。因此,如果考虑肠道内的效率良好的吸附,则可以说期望短时间的吸附。据此,使活性炭吸附剂的大孔侧的细孔大量发展是有意义的。如后述的实施例所公开那样,容积比(RV)的数值越高,则吸附速度越快。
除了这些指标之外,还加上[4]平均细孔直径。因此,平均细孔直径为1.7~2.0nm的范围。通过将活性炭吸附剂的平均细孔直径调整为该范围内,分子量数十至数百的较低分子的离子性有机化合物的吸附变得良好。同时,活性炭吸附剂能够抑制分子量数千至数万的酶、多糖类等生物体所需要的高分子化合物的吸附。活性炭吸附剂的平均细孔直径大于2.0nm的情况下,吸附酶、多糖类等高分子的细孔大量存在,故不优选。此外,如果活性炭的平均细孔直径低于1.7nm,则细孔容积本身减少,有可能使吸附力降低。
针对[5]活性炭的填充密度,规定为0.3~0.6g/mL。填充密度低于0.3g/mL的情况下,服用量增加,经口给与时难以吞咽。填充密度大于0.6g/mL的情况下,不表现作为源自酚醛树脂的活性炭的选择吸附性。据此,填充密度适合为前述的范围。
具有前述的物性的活性炭吸附剂是以经口给与作为目的药剂,成为肾病或肝病的治疗剂或预防剂。通过在活性炭吸附剂的表面发展的细孔内吸附并保持疾病、慢性症状的原因物质,排除至体外,症状恶化得到减轻,使病况改善。进一步,在先天性或者后天性代谢异常或存在该风险的情况下,通过预先内服活性炭吸附剂,疾病、慢性症状的原因物质的体内浓度降低。因此,还可以考虑防止症状恶化的作为预防的服用。
作为肾病,可以举出例如慢性肾衰、急性肾衰、慢性肾盂肾炎、急性肾盂肾炎、慢性肾炎、急性肾炎综合征、急性进行型肾炎综合征、慢性肾炎综合征、肾病综合征、肾硬化症、间质性肾炎、肾小管病、脂性肾病、糖尿病性肾病、肾血管性高血压、高血压综合征、或者前述的原发疾病相伴的继发性肾病、进一步透析前的轻度肾衰。作为肝病,可以举出例如暴发性肝炎、慢性肝炎、病毒性肝炎、酒精性肝炎、肝纤维症、肝硬化、肝癌、自身免疫性肝炎、药物过敏性肝障碍、原发性胆汁性肝硬化、震颤、脑病、代谢异常、功能异常。
将活性炭吸附剂用作经口给与用吸附剂时的给与量因受年龄、性別、体格或病状等影响而难以一概规定。但是,在一般以人为对象的情况下,以活性炭吸附剂的重量换算计预想平均1天1~20g、服用2~4次。活性炭吸附剂的经口给与用吸附剂可以以散剂、颗粒剂、片剂、糖衣片、胶囊剂、混悬剂、棒状剂、分包包装体或乳剂等的形态、剂型给与。
实施例
[试作例的合成]
在制备试作例的活性炭吸附剂时,首先合成与各试作例对应的复合酚醛树脂。并且,将所合成的各复合酚醛碳化,活化而得到试作例的活性炭吸附剂。
〈试作例1〉
向90%苯酚300.0重量份中,进一步添加37%甲醛(福尔马林)163.0重量份、作为酸性催化剂的草酸1.4重量份、作为乳化剂的阿拉伯胶2.7重量份、水132.3重量份,加热至95℃以上,适当聚合(酚醛清漆树脂合成步骤)。接着,将37%甲醛(福尔马林)93.2重量份、作为碱性催化剂的六亚甲基四胺18.9重量份和三亚乙基四胺8.1重量份、水40.6重量份投入该可分离式烧瓶内,在维持60℃的同时加热1小时,使反应进行(复合酚醛树脂制备步骤)。其后,加热至95℃以上,回流4小时,制备与试作例1对应的复合酚醛树脂。
〈试作例2〉
酚醛清漆树脂合成步骤中的阿拉伯胶的添加量设为3.0重量份、复合酚醛树脂制备步骤中的37%甲醛(福尔马林)的添加量设为139.9重量份,除此之外,设为与试作例1相同的条件,得到与试作例2对应的复合酚醛树脂。
〈试作例3〉
酚醛清漆树脂合成步骤中,设为90%苯酚280.0重量份、37%甲醛(福尔马林)153.1重量份、草酸1.3重量份、阿拉伯胶3.0重量份,复合酚醛树脂制备步骤中设为37%甲醛(福尔马林)174.0重量份、六亚甲基四胺17.6重量份与三亚乙基四胺7.6重量份,除此之外,设为与试作例1相同的条件,得到与试作例3对应的复合酚醛树脂。
〈试作例4〉
酚醛清漆树脂合成步骤中,设为90%苯酚225.0重量份、37%甲醛(福尔马林)122.2重量份、草酸1.0重量份、阿拉伯胶2.6重量份,复合酚醛树脂制备步骤中设为37%甲醛(福尔马林)192.3重量份、六亚甲基四胺21.3重量份与三亚乙基四胺9.1重量份,除此之外,设为与试作例1相同的条件,得到与试作例4对应的复合酚醛树脂。
〈试作例5〉
酚醛清漆树脂合成步骤中,设为90%苯酚280.0重量份、37%甲醛(福尔马林)186.9重量份、草酸1.3重量份、阿拉伯胶3.3重量份,复合酚醛树脂制备步骤中设为37%甲醛(福尔马林)139.2重量份、六亚甲基四胺17.6重量份与三亚乙基四胺7.6重量份,除此之外,设为与试作例1相同的条件,得到与试作例5对应的复合酚醛树脂。
〈试作例6〉
酚醛清漆树脂合成步骤中,设为37%甲醛(福尔马林)116.4重量份、阿拉伯胶2.0重量份,复合酚醛树脂制备步骤中设为37%甲醛(福尔马林)186.5重量份,除此之外,设为与试作例1相同的条件,得到与试作例6对应的复合酚醛树脂。
各试作例的酚醛清漆树脂合成步骤和复合酚醛树脂制备步骤中使用的反应原料、乳化剂、催化剂的量和当量比(R1,R2)示于表1。
接着,比较例1,2的活性炭吸附剂经过图3所示的步骤而得到。将苯酚、甲醛和酸性催化剂一边混合一边加热,制备酚醛清漆树脂成分后,提取酚醛清漆树脂,将苯酚、甲醛、碱性催化剂和所提取的酚醛清漆树脂成分一边混合一边加热,在合成甲阶酚醛树脂成分的同时制备还含有酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂,对将该复合酚醛树脂碳化而得到的树脂碳化物活化,制备活性炭吸附剂。比较例3的活性炭吸附剂经过图4所示的步骤而得到。将苯酚、甲醛和碱性催化剂一边混合一边加热,制备甲阶酚醛树脂,对将该甲阶酚醛树脂碳化得到的树脂碳化物活化,制备活性炭吸附剂。
在制备比较例1,2的活性炭吸附剂时,合成2种酚醛清漆树脂成分(Nov1,Nov2)。
·酚醛清漆树脂成分:Nov1
将90%苯酚1450.0重量份、37%甲醛(福尔马林)563.0重量份、作为酸性催化剂的草酸6.5重量份投入具有搅拌机、回流冷凝器的2L的可分离式烧瓶内,在90~100℃下反应4小时。反应结束后,将反应容器内减压,去除水分和未反应物。其后,反复进行升温至95℃,通过滴液漏斗投入水而去除低聚合物的操作,并进行洗涤。像这样合成“Nov1”的酚醛清漆树脂成分。
·酚醛清漆树脂成分:Nov2
将反应原料变更为90%苯酚1400.0重量份、37%甲醛(福尔马林)753.0重量份,除此之外,与Nov1在相同的条件下反应,合成“Nov2”的酚醛清漆树脂成分。
〈比较例1〉
将酚醛清漆树脂成分(Nov1)122.0重量份、90%苯酚135.0重量份、37%甲醛(福尔马林)157.0重量份、作为乳化剂的羟基乙基纤维素1.2重量份、水148重量份投入具有搅拌机、回流冷凝器的1L的可分离式烧瓶内,在70℃下溶解。接着,将作为碱性催化剂的六亚甲基四胺42.5重量份、水56.7重量份投入该可分离式烧瓶内,在维持80~90℃的同时加热3小时,使反应进行。其后,加热至95℃以上,回流4小时,在合成甲阶酚醛树脂成分的同时,合成与比较例1对应的复合酚醛树脂。
〈比较例2〉
酚醛清漆树脂成分(Nov2)120.0重量份、90%苯酚140.0重量份、37%甲醛(福尔马林)108.0重量份、羟基乙基纤维素1.6重量份、六亚甲基四胺37.8重量份,除此之外,以与比较例1相同的方式,得到与比较例2对应的复合酚醛树脂。
〈比较例3〉
将90%苯酚200.0重量份、37%甲醛(福尔马林)202.0重量份、作为乳化剂的羟基乙基纤维素0.6重量份、水148重量份投入具有搅拌机、回流冷凝器的1L的可分离式烧瓶内,在70℃下溶解。接着,将作为碱性催化剂的三亚乙基四胺16.2重量份、水56.7重量份投入该可分离式烧瓶内,在维持40~60℃的同时加热1小时,使反应进行。其后,加热至95℃以上,回流4小时,合成与比较例3对应的酚醛树脂。
各比较例的树脂合成步骤中使用的反应原料、乳化剂和催化剂的量示于表2。
[活性炭吸附剂的制备]
针对试作例1~6和比较例1,2的复合酚醛树脂与比较例3的甲阶酚醛树脂,将各自容纳在圆筒状的蒸煮电炉中,将炉内通过氮气填充后,以100℃/1小时升温至600℃,维持600℃ 1小时,将炉内的酚醛树脂碳化。其后,将酚醛树脂的碳化物加热至900℃,向炉内注入水蒸气,在900℃下维持1小时而活化,得到各试作例和比较例的活性炭吸附剂。
[测定项目·测定方法]
关于各试作例和比较例的酚醛树脂以及活性炭吸附剂,测定树脂收率(%)、酚醛清漆·甲阶酚醛重量比、挥发成分(%)、树脂平均粒径(μm)、树脂填充密度(g/mL)、活性炭收率(%)、活性炭平均粒径(μm)、BET比表面积(m2/g)、水银细孔容积(VM)(mL/g)、氮气细孔容积(VH)、容积比(RV)、平均细孔直径(nm)、活性炭填充密度(g/mL)。结果示于表3,4。
[树脂收率]
树脂收率(%)设为酚醛树脂的干燥后重量除以用作原料的苯酚和福尔马林减去水分的总计重量所得到的比例。
[酚醛清漆·甲阶酚醛重量比]
酚醛清漆·甲阶酚醛重量比是根据反应量由试作例和比较例的复合酚醛树脂中含有的酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的彼此的重量计算的比率。
[挥发成分]
酚醛树脂的挥发成分(%)的测定在前述的“活性炭吸附剂的制备”中,测定起初的树脂的重量与氮气氛围中碳化后的重量,根据两者求出碳化前后的重量变化。树脂如果碳化则重量减少。因此该重量减少记作因挥发而导致的减少量,记作根据起初的树脂重量的比例。
[树脂平均粒径]
树脂平均粒径(μm)为酚醛树脂的平均粒径(μm),使用激光光散射式粒度分布测定装置(株式会社岛津制作所制、“SALD3000S”)测定,记作通过激光衍射·散射法求出的粒度分布中的累算值50%下的粒径。
[树脂填充密度]
各试作例和比较例的树脂的填充密度(g/mL)按照JIS K 1474(2014)测定。
[活性炭收率]
活性炭收率(%)测量碳化前的树脂阶段的重量、与结束了碳化、活化、洗涤、筛分而最终分取的活性炭吸附剂的重量,求出减少量。并且,记作根据起初的树脂重量的比例。
[活性炭平均粒径]
活性炭吸附剂的平均粒径(μm)与前述的树脂平均粒径同样地,使用激光光散射式粒度分布测定装置(株式会社岛津制作所制、“SALD3000S”)测定,记作通过激光衍射·散射法求出的粒度分布中的累算值50%下的粒径。
[BET比表面积]
各试作例和比较例的活性炭吸附剂的BET比表面积(m2/g)通过“BELSORP mini”(BEL Japan, Inc.制)测定77K下的氮气吸附等温线,通过BET法求出。
[水银细孔容积(VM)]
各试作例和比较例的活性炭吸附剂的水银细孔容积(VM)使用“AutoPore 9500”(株式会社岛津制作所制),设定为接触角130°、表面张力484 dyne/cm(4.84mN/m),求出细孔直径7.5~15000nm的基于水银压入法的细孔容积值(mL/g)。
[氮气细孔容积(VH)]
各试作例和比较例的活性炭吸附剂的氮气细孔容积(VH)应用Gurvitsch定律,使用“BELSORP mini”(BEL Japan, Inc.制),将相对压力0.953下的液氮换算的氮气吸附量(Vads)由(iv)式换算为液体状态的氮体积(VH)而求出。(iv)式中,Mg是吸附质的分子量(氮气:28.020),ρg(g/cm3)是吸附质的密度(氮气:0.808)。
[数4]
[容积比(RV)]
容积比(RV)如(v)式那样,设为水银细孔容积(VM)除以氮气细孔容积(VH)得到的商。
[数5]
[平均细孔直径]
各试作例和比较例的活性炭吸附剂的平均细孔直径(nm)将细孔的形状假定为圆筒形,使用细孔容积(mL/g)和比表面积(m2/g)的值,由下述的(vi)式求出。
[数6]
[活性炭填充密度]
各试作例和比较例的活性炭吸附剂的填充密度(g/mL)按照JIS K 1474(2014)来测定。
[与物性值相关的讨论]
根据试作例1~6的复合酚醛树脂的结果,酚醛清漆树脂合成步骤阶段中,确认到苯酚的当量(P)与甲醛的当量(FN)的当量比(R1)由0.5~0.9范围的合成。试作例的复合酚醛树脂的挥发成分与比较例1,2的复合酚醛树脂同等。此外,平均粒径也相同。
根据试作例1~6的活性炭吸附剂,水银细孔容积(VM)与比较例3相比显著地大,同时,容积比(RV)也大,与比较例1,2相比,针对水银细孔容积(VM)和容积比(RV)也存在同等或更大的倾向。即,确认到相对而言大孔大量发展。应予说明,微孔本身也根据氮气细孔容积(VH)的测定而与比较例为同等数值。故而,还确认到微孔未减少。
试作例1~6与比较例1,2均是源自酚醛树脂的活性炭吸附剂,碳化煅烧、活化的条件相同。尽管如此,试作例的大孔的发展是显著的。试作例和比较例1,2是除了热固性的甲阶酚醛树脂成分之外,还含有热塑性的酚醛清漆树脂成分的性状。作为试作例和比较例1,2的活性炭吸附剂的大孔更多发展的原因,可以推测对复合酚醛树脂碳化煅烧时,树脂成分的热膨胀(膨胀率的差异)、挥发条件的差异等复合性重合,不仅产生活性炭表面的细孔,还产生侵入活性炭的颗粒内部的深度的细孔。
此外,比较例1,2的复合酚醛树脂是将酚醛清漆·甲阶酚醛重量比以前者50:后者50的相同重量为目标的合成例。像这样,双方的重量比例一致的比较例中,可以认为有利地作用于大孔的发展。试作例1~6由于酚醛清漆树脂的比例大而树脂收率高,因此可以认为与比较例1,2相比收率良好。因此,在维持大孔与微孔的比率、收率的同时,考虑到合成时的重量变动等,可以认为设为9:1~5:5的重量比的范围较好。
[吸附性能评价]
如前所述,试作例的经过复合酚醛树脂的碳化、活化的步骤而制备的活性炭吸附剂的大孔的相对比例大。基于这一点,发明人研究了对能成为尿毒症等原因的含氮的化合物的吸附性能是否良好。因此,从含氮低分子化合物中作为毒性物质选择了“吲哚、吲哚乙酸、羟基吲哚硫酸和色氨酸”的4种物质,此外,作为有用物质选择“胰蛋白酶”,针对试作例和比较例的活性炭吸附剂,测定该5种分子的吸附率(%)。结果示于表5,6。
针对吲哚、吲哚乙酸、羟基吲哚硫酸、色氨酸和胰蛋白酶的5种吸附率,在pH7.4的磷酸缓冲液中各自溶解前述的物质,制备0.1g/L的浓度的标准溶液。
向吲哚的标准溶液50mL中添加试作例、比较例的球状活性炭各自0.01g,在37℃的温度下接触振荡3小时。
向吲哚乙酸的标准溶液50mL中添加试作例、比较例的球状活性炭各自0.01g,在37℃的温度下接触振荡3小时。
向羟基吲哚硫酸的标准溶液50mL中添加试作例、比较例的球状活性炭各自0.01g,在37℃的温度下接触振荡3小时。
向色氨酸的标准溶液50mL中添加试作例、比较例的球状活性炭各自0.01g,在37℃的温度下接触振荡3小时。
向胰蛋白酶的标准溶液50mL中添加试作例、比较例的球状活性炭各自0.125g,在21℃的温度下接触振荡3小时。
针对其后过滤得到的滤液,使用总有机体碳计(株式会社岛津制作所制、“TOC5000A”),测定各滤液中的TOC浓度(mg/L),算出各滤液中的被吸附物质的质量。各被吸附物质的吸附率(%)由(vii)式求出。
[数7]
[吸附性能的结果·讨论]
进一步,各试作例的活性炭吸附剂针对供于吸附性能评价的毒性物质5种的含氮化合物中任一者,均与比较例3相比发挥出更高的吸附性能。此外,与比较例1,2相比,也发挥出同等或更高的吸附性能。此外,各试作例的活性炭吸附剂针对有用物质较为不吸附,示出优异的选择性。根据该结果,能够期待实际的给与后在消化道内也迅速进行吸附,向体外排泄。因此,通过本发明制造的活性炭吸附剂能够成为对肾功能、肝功能障碍等的治疗、预防有效的经口给与用吸附剂。
[吸附速度评价]
除了前述的吸附性能是否良好的评价之外,针对吸附对象物质的速度是否良好也进行了研究。认为试作例的经过复合酚醛树脂碳化、活化的步骤而制备的活性炭吸附剂的大孔的相对比例大,因此含氮的化合物的吸附速度快。因此,从含氮低分子化合物中选择作为毒性物质的“吲哚和色氨酸”的2种物质,针对试作例和比较例的活性炭吸附剂,测定该2种分子的吸附率(%)。为了评价吸附速度,在测定经过0.5小时、1小时、2小时、3小时、20小时各自的时间的时间点的吸附率的同时,求出达到经过20小时的时间点的吸附率的一半量的吸附率的时间点的经过时间,记作50%吸附所需的时间。针对吲哚的结果示于表7和表8,针对色氨酸的结果示于表9,10。
针对吲哚和色氨酸的吸附率,在pH7.4的磷酸缓冲液中各自溶解前述的物质,制备10mg/dL的浓度的标准溶液。将各物质的标准溶液在溶出试验用容器中各注入500mL,调温至37℃。并且,将各试作例和比较例的活性炭吸附剂各投入0.1g并搅拌,同时每隔各时间随时间分取。测定分取试样的279nm的吸光度,根据标准溶液的吸光度之差算出吸附率(%)。
[吸附速度的结果·讨论]
试作例1~6的活性炭吸附剂针对供于吸附速度评价的2种含氮化合物中任一者,在任一时间下,与比较例3相比发挥出更高的吸附性能。特别地,如根据50%吸附时间的指标表明那样,初期阶段中迅速表现出吸附性能。比较例1,2也显示出高吸附能力,但树脂收率低,因此各试作例的经济性更优异。根据该结果,表示如果实际上给与通过本发明所涉及的制造方法制造的活性炭吸附剂,则能够期待消化道内的毒性物质的吸附迅速进行,并向体外排泄。因此,活性炭吸附剂能够成为对肾功能、肝功能障碍等治疗、预防有效的经口给与用吸附剂。
[总结]
通过本发明的制造方法制造的各试作例的活性炭吸附剂与仅由甲阶酚醛树脂成分的酚醛树脂形成的比较例3的活性炭吸附剂相比,显示出更优异的吸附性能和吸附速度,因此表明如果以含有酚醛清漆树脂成分和甲阶酚醛树脂成分两者的酚醛树脂作为起始原料来制造活性炭吸附剂,则得到良好的结果。此外,与由包含酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的酚醛树脂形成的比较例1和2相比,也显示出几乎同等或好的吸附性能和吸附速度。本发明的制造方法尽管与比较例1,2的酚醛树脂的制造方法相比是省略了洗涤步骤等的简易步骤,也示出得到了具有同等或好的吸附性能的活性炭吸附剂。此外,树脂的收率也非常高,因此步骤少,收率良好,因此在经济性方面也显示出是显著的。
工业实用性
通过本发明的制造方法制造的活性炭吸附剂通过经口给与而到达消化器官,能够迅速吸附成为尿毒症、肾功能、肝功能障碍等的原因的含氮的化合物,因此作为治疗剂或预防剂是有前景的。此外,本发明的经口给与用吸附剂的制造方法制造步骤少,能够容易地制造活性炭吸附剂,且作为起始原料的酚醛树脂和活性炭吸附剂的收率也优异,因此经济性也优异。
Claims (8)
1.活性炭吸附剂的制造方法,其是含有酚醛清漆树脂与甲阶酚醛树脂的复合酚醛树脂的制造方法,其特征在于,具有:
酚醛清漆树脂合成步骤,其中,将苯酚、甲醛、酸性催化剂和乳化剂一边混合一边加热,制备酚醛清漆树脂成分;
复合酚醛树脂制备步骤,其中,一边在通过前述酚醛清漆树脂合成步骤得到的溶液中混合甲醛和碱性催化剂一边加热,合成甲阶酚醛树脂成分的同时制备也含有前述酚醛清漆树脂成分的复合酚醛树脂;
碳化步骤,其中,将前述复合酚醛树脂碳化,得到树脂碳化物;和
活化步骤,其中,将前述树脂碳化物活化,得到活性炭吸附剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂的挥发成分为60%以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂是平均粒径为200~500μm的粒状物或球状物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述碱性催化剂是胺化合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的活性炭吸附剂的制造方法,其中,前述复合酚醛树脂中含有的酚醛清漆树脂成分与甲阶酚醛树脂成分的重量比为9:1至5:5。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合酚醛树脂的制造方法,其中,前述活性炭吸附剂是经口给与用肾病或经口给与用肝病的治疗剂或预防剂。
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