DE4324926A1 - Verfahren zum Entfernen von Harnstoff aus wäßriger Lösung - Google Patents

Description

Das Verfahren dient dazu, den Harnstoff bei der Blutreinigung, bei der Reinigung von Wasser oder Abwasser aus wäßriger Lösung zu entfernen. Seit langem ist es bei der Harnstoffaufnahme aus Wasser ein ungelöstes Problem, diesen Harnstoff zu entfernen. Die Bemühungen der Fachwelt, dieses Problem zu lösen, waren vielfältiger Natur. Eine Literaturzusammenstellung über die Absorbentien für Harnstoff findet man im Artikel "How to catch urea - considerations on urea removal from hemofiltrate" in "International Society for Artificial Organs", August 1981, page 278-285.

Die beste, gegenwärtig zur Verfügung stehende Methode, die seit mehr als dreißig Jahren angewandt wird, ist die Dialyse und die damit verbundenen Blutreinigungsverfahren. Die mit der Dialyse verbundenen Nachteile, die in Kauf genommen werden müssen, sind bekannt: Im Durchschnitt muß die sehr teure Dialyse 3 mal wö­ chentlich während 4-5 Stunden durchgeführt werden, die Kosten pro Patient betragen 70 000-100 000 DM, und die Krankenkassen müssen dafür etwa 2,4 Milliarden DM pro Jahr ausgeben. Doch es gibt bis heute nichts anderes als die Dialyse und die Hämofil­ tration, bei der Harnstoff in geringerem Maße, dafür aber auch das Wasser aus dem Blutkreislauf entfernt werden.

In "Blutreinigungsverfahren" von H. E. Franz, 3. Auflage, Stutt­ gart, G. Thieme Verlag, 1985, Seite 489 ist ein Artikel von B.Burton "Zukünftige Methoden der Blutreinigung bei Urämie" ent­ halten, wobei die Weiterentwicklung bei der Sorbentienregenera­ tion, der Peritonealdialyse, der "tragbaren künstlichen Niere", der Hämoperfusion (Seite 492, rechte Spalte, Seite 493, linke Spalte, Seite 493, rechte Spalte, unten, Seite 495, rechte Spalte, Seite 496, linke Spalte, etwa Mitte der Spalte usw.) weitgehend davon abhängen wird, ob es gelingt, eine Substanz zu finden, die Harnstoff bindet.

In der DE-OS 35 27 411 wird ein Gemisch zum Entfernen von Harn­ stoff bei Blutreinigungsverfahren genannt, doch scheitert die Durchführung des Verfahrens über Harnstoffadditionsverbindungen daran, daß eine hydrophile und/oder hydrophobe Matrix verwendet werden muß und das dazu benützte hydrophobe Siliciumdioxid in einigen Staaten nicht in Arzneimitteln zugelassen ist und zudem, daß das bei der Herstellung mitverwendete, mit Wasser unbeschränkt mischbare Lösungsmittel rasch mit zunehmender Verdunstung oder Auswaschen die Wirksamkeit in der hydrophil/hydrophoben Matrix verliert.

In der DE-OS 30 11 739 wurde Resorcinolmit Formaldehyd kondensiert, das Harnstoff aufnimmt. Die Untersuchung wurde sogar vom Bundes­ ministerium für Forschung und Technologie finanziell unterstützt (MSO 508 und MSO 509), obwohl Formaldehyd und Resorcinol keines­ falls in die Blutbahn gelangen dürfen.

Es wurde nun ein Verfahren zum Entfernen von Harnstoff aus wäßriger Lösung entwickelt, das keine hydrophobe Kieselsäure, keine bedenk­ lichen Stoffe und kein organisches Lösungsmittel enthält oder an die Blutbahn abgeben kann. Die bei der erfindungsgemäßen An­ wendung entstehenden Natriumionen werden durch Ionenaustauscher oder durch Kurzdialyse entfernt. Die übrigen Ballast- und Giftstoffe des Blutes werden durch beschichtete Aktiv-, Holzkohle oder Kunst­ harze eliminiert, die aus dem Redy-System (vgl. Hämodialyse Kurs, A. Colombi, 4. Auflage, Stuttgart, Enke Verlag, 1987, Seite 38) bekannt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt die Urease, die im Redy-System zum Abbau des Harnstoff s zum Ammoniumion benötigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in eine wäßrige Harnstofflösung Natriumsalz einer aliphati­ schen gesättigten oder ungesättigten Monocarbonsäure mit 14-22 Kohlenstoffatomen ohne hydrophilen Füllstoff (=Matrix) oder höchstens 15 Gew.% Füllstoff (bezogen auf das Gewicht des Natrium­ salzes der aliphatischen höheren Monocarbonsäure) gegeben wird und die durchmischten Lösungen
• b) durch einen hydrophilen Füllstoff filtriert werden, der anorganische oder organische Säure (z. B. Essig-, Propion-, Citronen- oder wäßrige Salzsäure), Natriumacetat oder -bicarbonat enthält.

Wenn der Harnstoff erfindungsgemäß entfernt ist, werden die übri­ gen Ballast- und Giftstoffe, wie z. B. Kreatinin, Guanidin, die sog. Mittelmoleküle, Fette, Indican, Aminosäuren usw. von be­ schichteter Aktiv-, Holzkohle oder einer Absorberpatrone aufge­ nommen.

Wichtig beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der zweite Verfahrens­ schritt, wo die entstehende Harnstoffadditionsverbindung durch angesäuerten hydrophilen Füllstoff filtriert wird und das Natrium­ salz in die aliphatische Säure zurückverwandelt und wo zuerst durch eine Zone filtriert wird, die auf den pH-Wert 6-7 einge­ stellt ist und die dann zunehmend alkalischer wird und sich dem pH-Wert 8 nähert, so daß das Blut wieder auf den pH-Wert 7,1 steigt.

Im zweiten Verfahrensschritt ist es wichtig, daß möglichst wenig Wasser zugegen ist, so daß Harnstoff nicht wieder aus der Ein­ schlußverbindung herausgelöst wird.

Die erfindungsgemäß verwendeten höheren gesättigten oder unge­ sättigten Carbonsäuren werden aus nachwachsenden Rohstoffen (Raps, Palmöl, Erdnußöl usw.) gewonnen.

Wird das Verfahren zum Entfernen des Harnstoffs aus Abwasser verwendet, so werden Polyamid- oder Polyesterfasern, vorzugswei­ se als Gewirke, verwendet, die Natriumsalze höherer Fettsäuren mit 14-22 Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten. Die beim An­ säuern (unterhalb des pH-Werts 7) sich bildende Harnstoffaddi­ tionsverbindung, in Gegenwart von wäßriger Harnstofflösung, wird mit dem Entfernen der Polyamid- oder -esterfasern aus der Lösung genommen.

Erfindungsgemäß werden die Natrium-carboxylate der Myristin-, Penta­ decan-, Palmitin-, Margarin-, Stearin-, Hydroxi-stearin-, Nitro­ stearin-, Nonadecan-, Arachin-, Behen-, Lignocerin-, Öl-, Eruca-, Linolsäure allein oder im Gemisch miteinander verwendet; ins­ besondere können diese aliphatischen Säuren durch Hydroxi- und/ oder durch die Nitrogruppe substituiert sein, es muß jedoch min­ destens eine sechs gesättigte C-Atome enthaltende, ununterbrochene n-Paraffingruppe im Molekül vorhanden sein. Geeignet für die Durchführung des Verfahrens sind auch die Natriumsalze im Handel befindlicher aliphatischer Säuren, z. B. Edenor C 14 (92/94 und 98/100), Edenor C 16, Edenor C 18, Edenor C 22 R und Edenor U 122 (der Firma Henkel KGa.A. in Düsseldorf). Als hydrophiler Füll­ stoff, insbesondere im angesäuerten Verfahrensschritt b) wird Cellulosepulver oder auf dem Fällungswege hergestellte hydrophile Kieselsäure (Sipernat 22 der Degussa AG, Frankfurt) verwendet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren muß die harnstoffhaltige, wäßri­ ge Lösung zuerst mit dem Natrium-carboxylat in Berührung kommen. (Die wäßrigen Lösungen des Harnstoffs und des Natrium-carboxylats sollten vermischt werden). Die Mischungen der Lösungen dürfen erst dann gemeinsam durch den unterhalb pH 7 eingestellten hydro­ philen Füllstoff filtriert werden. (Vgl. dazu mögliche Anwendung im Redy-System).

Das Blut darf die Redy-Niere erst dann verlassen, wenn letzteres neutralisiert und der pH-Wert des Blutes wieder auf 7,1 gebracht ist, was am einfachsten dadurch erfolgt, daß der letzte Anteil der hydrophilen Schicht, die auch Natriumacetat oder -bicarbonat enthält, schwach alkalisch eingestellt wird.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Mittel vorzugsweise in Fasern enthalten ist, wie Polyamid oder Polyester, die nur be­ schränkt Feuchtigkeit aufnehmen, die aber zu Maschen(Wirk)ware ge­ wirkt, saugfähig sind (vgl. Stoffe 2 von A.Hofer, 6. Auflage, Frankfurt a.M., Deutscher Fachverlag, 1987, Seite 81). Besonders bei der Reinigung von Abwasser ist das Verfahren in Fasern geeig­ net, wo die Gewirke in Abwasser gebracht und dieses (schwach) danach angesäuert wird (ca. pH 6-6,5).

Erfindungsgemäß werden durch Perfusion in 5-7 Minuten 20-26% des Harnstoffs entfernt, ohne daß ein Ausgangsstoff an das Blut abgegeben werden kann.

Das Natriumsalz der aliphatischen Monocarbonsäure wird auf ver­ schiedene Weise hergestellt: es wird Natriumbicarbonat, Natrium­ carbonat oder -hydroxid in wäßriger Lösung oder in trockener oder feuchter Mischung mit einer (höheren) aliphatischen Car­ bonsäure (=Fettsäure) erhitzt, wobei zusätzlich Natriumacetat und auf dem Fällungswege hergestellte Kieselsäure oder Cellu­ losepulver der Mischung und Wasser zugegeben wird. Bei der Rei­ nigung von Abwasser können die oben genannten Natriumverbindun­ gen durch die entsprechenden Kaliumverbindungen ersetzt werden.

Beispiele Beispiel 1

a) 20 g Myristinsäure werden in Mischung mit 5 g Natriumcarbo­ nat, 2,0 g hydrophiler, gefällter Kieselsäure, die mit 5 g Wasser befeuchtet ist, versetzt und die Mischung während 15 Minuten unter Durchmischen auf 75°C erwärmt.

b) In 100 ml Wasser werden bei 39°C 0,25 g Harnstoff gelöst und danach 1,5 g der Mischung nach Beispiel 1a) eingestreut. Nach 4 Minuten wird durch 5 g Cellulosepulver, das 0,8 g Citronensäure (pulver) und 0,5 g Natriumacetat enthält, filtriert und neutrali­ siert. Es werden nach dem Filtrieren 26% des Harnstoffs entnommen. Das Entfernen des Harnstoffs aus der wäßrigen Lösung läßt sich auf 30-45 Minuten durch Steuerung durch das Filtrieren oder den Säurezusatz beliebig regeln.

Beispiel 2

a) 18 g Stearinsäure werden in Mischung mit 6 g Natriumbicarbonat, 2,0 g Cellulosepulver, das mit 6 g Wasser vermischt ist, während 20 Minuten, unter öfterem Mischen, auf 65°C erhitzt.

b) In 100 ml Wasser werden bei 42°C 0.3 g Harnstoff gelöst, da­ nach werden 1,5 g der Mischung (hergestellt nach Beispiel 2a) in die wäßrige Harnstofflösung unter Rühren eingestreut, nach 4 Mi­ nuten durch 5 g Cellulosepulver, das 0,5 g Weinsäure und 0,7 g Natriumacetat enthält, schwach sauer (auf pH 6,6) gestellt und filtriert. Danach sind 24% des Harnstoffs aus der wäßrigen 37°C warmen Lösung entnommen.

Beispiel 3

a) 15 g Ölsäure werden im Gemisch mit 8 g Natriumbicarbonat, 1,5 g Cellulosepulver, das mit 6 g Wasser befeuchtet ist, in der Porzellanschale (auf dem Wasserbad) während 30 Minuten unter öfterem Rühren auf 80°C erhitzt.

b) In 150 ml Wasser werden bei 42°C 0,3 g Harnstoff gelöst, danach werden 2 g der Mischung (hergestellt nach Beispiel 3a) in die Harnstofflösung eingestreut und gelöst. Nach 4 Minuten, unter öfterem Umrühren des Gemisches, wird dieses durch 5 g Cellulosepulver, das 0,4 g Citronensäure und 0,3 g Natriumacetat enthält, neutralisiert und filtriert, bzw. durch das angesäuerte Cellulosepulver durchgeleitet und auf pH 7,1 eingestellt. Es werden 23% des verwendeten Harnstoffs aus der wäßrigen Lösung entfernt.

Die Natrium- oder Kaliumsalze der höheren aliphatischen Carbon­ säuren werden im Fließzustand gemeinsam mit den Polyamiden oder gesättigten Polyestern zu einer Faser (vgl. Chemiefasern von Z.A.Rogowin, Stuttgart, Georg Thieme, 1982, Seite 200-285) ver­ arbeitet.

Claims (8)

1. Verfahren zum Entfernen von Harnstoff aus wäßriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß ein kombiniertes Ver­ fahren angewandt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

• a) in eine wäßrige Harnstofflösung Natriumsalz einer gesättig­ ten oder ungesättigten aliphatischen Monocarbonsäure mit 14-22 Kohlenstoffatomen, ohne hydrophilen Füllstoff (=Matrix) oder höchstens mit 15 Gew.% Füllstoff (bezogen auf das Gewicht des Natriumsalzes der aliphatischen höheren Monocarbonsäure) gege­ ben wird und die durchmischten Lösungen
• b) durch einen hydrophilen Füllstoff filtriert werden, der orga­ nische oder anorganische Säure, gegebenenfalls Natrium-acetat oder -bicarbonat zum Abstumpfen der Säure enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumionen nach dem Verfahren mit einem Ionenaustau­ scher und/oder durch Kurzdialyse entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verfahren bei der Reinigung von Blut oder Blut­ plasma angewandt wird und anschließend die übrigen Ballast- oder Giftstoffe durch Überleiten das Blutes (oder -plasmas) über be­ schichtete Aktiv-, Holzkohle oder Kunstharze entfernt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verfahren zum Entfernen von Harnstoff bei der Reinigung von Wasser und Abwasser angewandt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeich­ net, daß der angesäuerte hydrophile Füllstoff auf einen pH- Wert unter 7 und dann zunehmend alkalischer (bis pH-Wert 8) ein­ gestellt wird.

6. Mittel nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeich­ net, daß dieses enthält

• a) das Natriumsalz einer aliphatischen, gesättigten und/oder ungesättigten Monocarbonsäure mit 14-22 Kohlenstoffatomen
• b) Natriumacetat und/oder -bicarbonat als Puffer
• c) gegebenenfalls einen hydrophilen Füllstoff (bis maximal 15 Gew.%, bezogen auf die aliphatischen Natriumsalze) und danach dieses Gemisch und die wäßrige Harnstofflösung ge­ meinsam zum Schluß durch hydrophilen Füllstoff, der eine Säure enthält, filtriert und die Harnstoff-Einschlußverbindung entfernt wird.

7. Verwendung von Natriumsalz der höheren aliphatischen Fett­ säure mit 14-22 Kohlenstoffatomen in Polyamid- oder Polyester­ fasern bei der Abwasserreinigung, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Harnstoff-Additionsverbindung bildet, wenn das Lösungsgemisch, das die wäßrige Harnstofflösung enthält, auf den pH-Wert unter 7 eingestellt wird.

8. Verwendung des Verfahrens in Gegenwart harnstoffhaltigen Bluts oder Blutplasmas in der sog. künstlichen Niere.