專利名稱：二氧化氮吸附還原材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體凈化材料的制備方法，特別涉及一種二氧化氮吸附還原材料制備
方法，所制備材料用于新生兒急性肺損傷和持續(xù)肺動(dòng)脈高壓等疾病治療過程中所必需要的 可吸入性一氧化氮?dú)怏w的高純度凈化。
背景技術(shù)：
吸入一氧化氮(NO)是20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用于臨床的呼吸急救新技術(shù)，因具有 療效快，非創(chuàng)傷性及高選擇性等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。目前，可吸入一氧化氮在救治新生兒急性 肺損傷和持續(xù)肺動(dòng)脈高壓、先天性心臟病伴肺動(dòng)脈高壓患兒的圍手術(shù)期、高原肺水腫、肺移 植再灌注損傷、急性呼吸衰竭、肺動(dòng)脈高壓等相關(guān)疾病的治療方面逐步得到廣泛的應(yīng)用。
目前，臨床上醫(yī)療救治使用的可吸入性一氧化氮，趨向于采用低濃度的NO，一般為 3 20卯m，這種低濃度的NO是由鋼瓶裝含N2的高濃度N0(400 800卯m)混合氣體與氧 氣(02)或純凈空氣稀釋而成。供給患者的可吸入性一氧化氮混合氣體的醫(yī)用要求是NO乂 NO < 5% 。但在NO稀釋、傳輸和使用過程中，NO與02會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成對(duì)患者和醫(yī)務(wù) 人員極有害的二氧化氮(N02)。因此，可吸入性一氧化氮混合氣體在進(jìn)入患者呼吸面罩前， 必須進(jìn)行凈化，使可吸入性一氧化氮混合氣體中的N02盡可能的被除去，達(dá)到N02/NO < 5% 的醫(yī)用要求。為此，美國食品與藥品管理局(美國FDA)在2000年1月24日出臺(tái)了一份指 導(dǎo)性文件，提出了可吸入性一氧化氮使用的一些標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的測試方式。
要將400 800卯m的高濃度NO稀釋到3 20卯m低濃度水平，是一件費(fèi)時(shí)和不 容易的工藝過程；同時(shí)，日常儲(chǔ)存在鋼瓶中高濃度NO的高壓氣體，在不使用時(shí)，也存在著可 能發(fā)生泄漏到室內(nèi)空氣中的危險(xiǎn)。另外，氣體鋼瓶不僅笨重，而且能貯存的NO量也極其有 限，移動(dòng)很不方便，不利于一些特殊場合的使用，如戶外急救等。因此，T.Namihira等和胡 輝等采用空氣脈沖電弧放電合成可吸入性一氧化氮?dú)怏w，實(shí)現(xiàn)了需要時(shí)能隨時(shí)產(chǎn)生、不需 要時(shí)不用儲(chǔ)存的可吸入性一氧化氮?dú)怏w自動(dòng)生成方式，但在放電過程中除了能合成NO外， 同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量的N02。因此，要將脈沖電弧放電合成的NO氣體應(yīng)用于臨床，必須將N02 盡可能的除去，達(dá)到可吸入性一氧化氮混合氣體中N02/N0 < 5%的醫(yī)用要求。
目前，臨床上對(duì)稀釋后的NO混合氣體中N02的凈化去除，通常采用二級(jí)凈化的方 式進(jìn)行，即第一級(jí)凈化采用玻璃炭催化劑，裝在一氧化氮鋼瓶氣口，以凈化鋼瓶中一氧化氮 混合氣體中的N02 ;二級(jí)凈化采用涂有鈷金屬配合物的催化劑玻璃珠上，安裝在一氧化氮治 療儀的內(nèi)部，以凈化稀釋過程和傳輸過程中少量NO與02結(jié)合生成的N02，具體是NO混合氣 體通過催化劑的催化作用將可吸入性NO混合氣體中的N02去除；見劉芳、劉仲明，"野戰(zhàn)一 氧化氮治療儀的研制"，醫(yī)療衛(wèi)生裝備[J]，2002，6 :57。該方法的不足之處是需要兩次凈化， 而且鈷金屬配合物催化劑的制備存在不安全性。J*范艾斯墨德等發(fā)明了使用含硫聚合物 制備不含N02的NO的方法和過濾器，見J 范艾斯墨德、A 施萊切爾、G 弗蘭克、M 艾施 維、H 斯特雷蘇斯，"使用含硫聚合物制備不含二氧化氮的一氧化氮的方法和過遮器"，中 國，95193496. l[P]. 1997 5 21。該方法是在過濾器中放置了一種含硫聚合物(如聚
3亞芳基硫醚和聚苯硫)吸附劑，可用于生產(chǎn)醫(yī)學(xué)用途的不含N(^的NO/N乂空氣混合物。不 足之處是含硫聚合物的生產(chǎn)中涉及到如硫醚和苯等有毒物質(zhì)，而且吸附容量有限，易達(dá)到 吸附飽和而失去吸附性能。對(duì)于脈沖電弧放電合成可吸入性一氧化氮混合氣體中N02的凈 化，T. Namihira等和胡輝等曾均采用過用金屬鉬高溫加熱還原的方法，但金屬鉬在還原N02 時(shí)，同時(shí)將NO也還原了，而且凈化后的混合氣體需要快速冷卻才能使用，見T. Namihira， S. Tsukamoto， D. Wang， S. Katsuki， R. Hackam， K. Okamoto， H. AkiyamaProduction of nitric monoxide using pulsed discharge for a medical即plication[J]. IEEE Trans. Plasma Sci. ，2000,28(1) :109 113 ;胡輝、李勁、何俊佳、白明，"用脈沖放電產(chǎn)生救治呼吸衰竭用 一氧化氮的研究"，中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)[J] ，2005， 25 (2) :98 101 ;胡輝、王賀禮、李勁、何俊 佳、何正浩、白明，"呼吸衰竭救治用一氧化氮供氣系統(tǒng)研制"，中國醫(yī)療器械雜志[J] ，2006， 30(5) :363 365。為此，T. Namihira等又采取木炭和活性炭分別吸附的二級(jí)凈化方式，使 脈沖電弧放電混合氣體中冊2得到了高純度凈化，但這種沒有選擇性的吸附劑，導(dǎo)致冊同 時(shí)也被大量吸附，而且無選擇性吸附劑容易達(dá)到吸附飽和而失去吸附性能，見T. Namihira, D. Wang， S. Katsuki， H. Akiyama， K. Okamoto. Development ofNO production system for medical applications[C]. The 15th InternationalConference on Gas Discharges and their Applications, Toulouse,France,2004 :725 728。 因此，有必要尋找一種簡單、安全和環(huán)保的吸附材料制備方法，制備的吸附材料具 有高選擇性吸附N02，而不吸附NO或盡可能少的吸附N0，同時(shí)能將N02部分還原為N0。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種二氧化氮吸附還原材料制備方法，解決現(xiàn)有制備方法所制備出的 活性炭微孔比例偏高、中孔比例偏低、對(duì)N02選擇性吸附低的問題。
本發(fā)明一種二氧化氮吸附還原材料的制備方法，依次包括 —.炭化步驟將含水率小于10%的木質(zhì)碎屑與核桃殼粉末物質(zhì)，按照質(zhì)量比 1 : 3 1 : 5混合，再將形成的混合物在氮?dú)夥諊?，升溫速?t: 10°C/min，從室溫 升溫到40(TC，保溫1 2小時(shí)，形成炭化物； 二 .活化步驟以升溫速度5°C 10°C /min，將炭化物升溫至800°C ，保溫4 5 小時(shí)，再在氮?dú)夥諊吕鋮s至室溫，得到活性炭； 三.改性處理步驟依次將所述活性炭浸入濃度均為0. 05 0. 2mol/l的K0H、 Ce (N03) 3 6H20和Mg (N03) 2溶液，在K0H溶液中浸泡時(shí)間12 24小時(shí)，取出后在110°C 130。C干燥24 48小時(shí)，
在氮?dú)夥諊录訜岬?000°C 120(TC，保溫1 2小時(shí)，冷卻至室溫； 在Ce(冊3)3 61120溶液中浸泡時(shí)間12 24小時(shí)，取出后在110°C 130。C干燥
24 48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜岬?00°C 60(TC，保溫1 2小時(shí)，冷卻至室溫；在Mg(N03)2溶液中浸泡時(shí)間12 24小時(shí)，取出后在110°C 130。C干燥24 48
小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜岬?50°C 95(TC，保溫1 2小時(shí)，冷卻至室溫，制備出吸附還原材料。 所述的制備方法，其特征在于 所述炭化步驟中，所述木質(zhì)碎屑為銀杏木質(zhì)碎屑、櫟木質(zhì)碎屑或者青岡木質(zhì)碎屑。
本發(fā)明可以得到具有高比表面積的吸附還原材料，中孔和微孔的比表面積得到了 顯著的提高，比表面積800 1400m7g，以微孔和中孔為主，其中微孔比表面積約占總比表 面積的50 55 % ，中孔約占40 45 % ，大孔約占3 5 % ;具有高選擇性吸附還原N02， 而不吸附NO或盡可能少的吸附NO的性能，對(duì)N02的吸附率大于90% ，對(duì)NO的吸附率小于 10%?？梢栽谑覝氐降蜏?小于300°C )條件下，用于混合氣體中N02的吸附還原高純度凈 化。 本發(fā)明制備的吸附還原材料，放置在一種可以耐高溫(> IOO(TC )的石英容器中， 該石英容器的加熱溫度不超過250°C 。當(dāng)由鋼瓶裝一氧化氮稀釋而成的NO混合氣體，或脈 沖電弧放電合成NO混合氣體通過裝有吸附材料的石英容器后，在不加熱時(shí)主要是N02被選 擇性吸附，加熱到150 25(TC時(shí)，N02既可以被選擇性吸附，還會(huì)被還原生成NO。因此，通 過裝有吸附材料的石英容器后，獲得的可吸入性一氧化氮混合氣體即可達(dá)到N02/NO < 5% 的醫(yī)用要求。 本發(fā)明制備的吸附還原材料，可以用于由鋼瓶裝一氧化氮稀釋而成的可吸入性救 治設(shè)備中，通過吸附劑的吸附還原作用將吸入氣體中的冊2去除；也可以用于脈沖電弧放電 合成NO混合氣體中N02的吸附還原除去。通過該吸附材料的吸附還原一次凈化后，可吸入 性一氧化氮混合氣體即可達(dá)到N02/NO < 5%的醫(yī)用要求。 本發(fā)明制備的吸附還原材料用于凈化救治像新生兒急性肺損傷和持續(xù)肺動(dòng)脈高 壓、高原肺水腫、肺移植再灌注損傷、急性呼吸衰竭、肺動(dòng)脈高壓等相關(guān)疾病時(shí)的可吸入性 一氧化氮?dú)怏w的凈化。同時(shí)可以用于NO和N02混合氣體的分離，以生產(chǎn)高純度的NO氣體。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 :依次包括 — .炭化步驟將含水率小于10%的銀杏木質(zhì)碎屑與核桃殼粉末物質(zhì)，按照質(zhì)量 比l : 3混合，再將形成的混合物在氮?dú)夥諊?，升溫速?t:/min，從室溫升溫到40(TC， 保溫l小時(shí)，形成炭化物； 二 .活化步驟以升溫速度5°C /min，將炭化物升溫至800°C ，保溫4小時(shí)，再在氮 氣氛圍下冷卻至室溫，得到活性炭； 三.改性處理步驟依次將所述活性炭浸入濃度均為0. 05mol/l的K0H、 Ce (N03) 3 6H20和Mg (N03) 2溶液， 在KOH溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在ll(TC干燥24小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜?到IOO(TC，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫; 在Ce(NO么 61120溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在11(TC干燥24小時(shí)，在氮?dú)?氛圍下加熱到50(TC，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫； 在Mg(N0》2溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在ll(TC干燥24小時(shí)，在氮?dú)夥諊?加熱到85(TC，保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，制備出吸附還原材料。
實(shí)施例2 : — .炭化步驟將含水率小于10%的櫟木質(zhì)碎屑與核桃殼粉末物質(zhì)，按照質(zhì)量比 1 : 5混合，再將形成的混合物在氮?dú)夥諊?，升溫速度l(TC/min，從室溫升溫到40(rC，保
5溫2小時(shí)，形成炭化物； 二 .活化步驟以升溫速度10°C /min，將炭化物升溫至800°C ，保溫5小時(shí)，再在 氮?dú)夥諊吕鋮s至室溫，得到活性炭； 三.改性處理步驟依次將所述活性炭浸入濃度均為0. 2mol/l的K0H、 Ce (N03) 3 6H20和Mg (N03) 2溶液， 在KOH溶液中浸泡時(shí)間12小時(shí)，取出后在13(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜?到120(TC，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫; 在Ce(N0》3 61120溶液中浸泡時(shí)間12小時(shí)，取出后在13(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)?氛圍下加熱到60(TC，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫； 在Mg(NO么溶液中浸泡時(shí)間12小時(shí)，取出后在13(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)夥諊?加熱到95(TC，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫，制備出吸附還原材料。
實(shí)施例3 : —.炭化步驟將含水率小于10%的青岡木質(zhì)碎屑與核桃殼粉末物質(zhì)，按照質(zhì) 量比l : 4.5混合，再將形成的混合物在氮?dú)夥諊拢郎厮俣?t:/min，從室溫升溫到 400°C ，保溫2小時(shí)，形成炭化物； 二 .活化步驟以升溫速度5°C /min，將炭化物升溫至800°C ，保溫5小時(shí)，再在氮 氣氛圍下冷卻至室溫，得到活性炭； 三.改性處理步驟依次將所述活性炭浸入濃度均為0. 15mol/l的KOH、 Ce (N03) 3 6H20和Mg (N03) 2溶液， 在KOH溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在12(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜?到115(TC，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫； 在Ce(N0》3 61120溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在12(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)?氛圍下加熱到50(TC，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫； 在Mg(NO么溶液中浸泡時(shí)間24小時(shí)，取出后在12(TC干燥48小時(shí)，在氮?dú)夥諊?加熱到900°C ，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫，制備出吸附還原材料。
權(quán)利要求
一種二氧化氮吸附還原材料的制備方法，依次包括一.炭化步驟將含水率小于10％的木質(zhì)碎屑與核桃殼粉末物質(zhì)，按照質(zhì)量比1∶3～1∶5混合，再將形成的混合物在氮?dú)夥諊?，升溫速?℃～10℃/min，從室溫升溫到400℃，保溫1～2小時(shí)，形成炭化物；二.活化步驟以升溫速度5℃～10℃/min，將炭化物升溫至800℃，保溫4～5小時(shí)，再在氮?dú)夥諊吕鋮s至室溫，得到活性炭；三.改性處理步驟依次將所述活性炭浸入濃度均為0.05～0.2mol/l的KOH、Ce(NO3)3·6H2O和Mg(NO3)2溶液，在KOH溶液中浸泡時(shí)間12～24小時(shí)，取出后在110℃～130℃干燥24～48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜岬?000℃～1200℃，保溫1～2小時(shí)，冷卻至室溫；在Ce(NO3)3·6H2O溶液中浸泡時(shí)間12～24小時(shí)，取出后在110℃～130℃干燥24～48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜岬?00℃～600℃，保溫1～2小時(shí)，冷卻至室溫；在Mg(NO3)2溶液中浸泡時(shí)間12～24小時(shí)，取出后在110℃～130℃干燥24～48小時(shí)，在氮?dú)夥諊录訜岬?50℃～950℃，保溫1～2小時(shí)，冷卻至室溫，制備出吸附還原材料。
2. 如權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于所述炭化步驟中，所述木質(zhì)碎屑為銀杏木質(zhì)碎屑、薪炭林木質(zhì)碎屑或者青岡木質(zhì)碎屑。
全文摘要
二氧化氮吸附還原材料制備方法，屬于氣體凈化材料的制備方法，解決現(xiàn)有制備方法所制備出的活性炭微孔比例偏高、中孔比例偏低、對(duì)NO2選擇性吸附低的問題。本發(fā)明依次包括一.炭化步驟；二.活化步驟；三.改性處理步驟。本發(fā)明可以得到具有高比表面積的活性炭，中孔和微孔的比表面積得到了顯著的提高，中孔比表面積提高到40％以上，所制備的吸附還原材料可用于凈化救治像新生兒急性肺損傷和持續(xù)肺動(dòng)脈高壓、高原肺水腫、肺移植再灌注損傷、急性呼吸衰竭、肺動(dòng)脈高壓等相關(guān)疾病時(shí)的可吸入性一氧化氮?dú)怏w的凈化。同時(shí)可以用于NO和NO2混合氣體的分離，以生產(chǎn)高純度的NO氣體。
文檔編號(hào)B01D53/02GK101703920SQ200910272750
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者胡輝, 陸僖 申請人:華中科技大學(xué)