大數(shù)據(jù)時(shí)代化學(xué)制藥中活性炭技術(shù)的應(yīng)用探討

楊昊

摘要：活性炭的吸附性特別好，具有物理、化學(xué)吸附兩種特性，可選擇吸附液相和氣相物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)脫色精制、去污提純以及消毒除臭之目的，在現(xiàn)代化學(xué)制藥過(guò)程中得以廣泛的應(yīng)用。對(duì)此，本文就大數(shù)據(jù)時(shí)代化學(xué)制藥中活性炭技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，希望對(duì)有關(guān)人士提供一定的參考，能夠更加深入了解活性炭技術(shù)在化學(xué)制藥中的運(yùn)用原理和作用，從而完善化學(xué)制藥中的活性炭技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；化學(xué)制藥；活性炭；應(yīng)用

1化學(xué)制藥發(fā)展現(xiàn)狀

在化學(xué)制藥生產(chǎn)過(guò)程中，制藥工藝水平對(duì)藥品安全性和產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響。如果生產(chǎn)工藝流程不合理，容易導(dǎo)致藥品受環(huán)境中的病毒和細(xì)菌污染，導(dǎo)致藥品發(fā)生變質(zhì)，嚴(yán)重影響其適用安全性。更為甚者，藥品與其他介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成對(duì)人體有害物質(zhì)，如果被服用，不僅不會(huì)產(chǎn)生藥效，還會(huì)加重病情或引發(fā)其他嚴(yán)重問(wèn)題。因此，對(duì)化學(xué)制藥工藝流程進(jìn)行優(yōu)化十分重要，比如通過(guò)減少不潔凈生產(chǎn)設(shè)備和盛具的使用，避免藥品受到污染，起到對(duì)藥品生產(chǎn)流程的保護(hù)作用。從目前化學(xué)制藥生產(chǎn)情況來(lái)看，藥品質(zhì)量安全保護(hù)措施主要包括：

（1）對(duì)藥品生產(chǎn)環(huán)境定期進(jìn)行消毒滅菌，從源頭上消滅藥品污染源，從而避免藥品受到污染。

（2）完成藥品生產(chǎn)流程后，采用密封包裝對(duì)藥品進(jìn)行儲(chǔ)存，可以使用專用的藥品真空包裝袋，避免因藥品與空氣中的水和氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致藥品變質(zhì)。同時(shí)做好藥品外包裝材料的消毒和儲(chǔ)存工作，在使用前進(jìn)行檢查，避免使用受污染的包裝袋。

（3）采用藥品專用角度設(shè)備對(duì)制造工藝中的設(shè)備進(jìn)行消毒和清潔，特別是新采購(gòu)的設(shè)備，在安裝后要多次進(jìn)行消毒滅菌，然后才能投入使用，并在以后的運(yùn)行維護(hù)中，定期對(duì)其進(jìn)行滅菌消毒。

2活性炭的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和制備方法

2.1活性炭的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

活性炭是以石墨微晶為基礎(chǔ)的多孔隙碳。其基本結(jié)構(gòu)類似于石墨的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不同的是石墨結(jié)構(gòu)是規(guī)則的平行堆疊，而活性炭是SP2雜化構(gòu)成的亂層堆積結(jié)構(gòu)。由于石墨微晶的雜亂排列和微晶群組間強(qiáng)交聯(lián)的螺層排列，形成了不同大小和形狀的孔隙。這種結(jié)構(gòu)使活性炭具有豐富的孔隙，對(duì)其吸附性能有重要的影響。根據(jù)IUPAC的分類，孔隙可分為微孔（孔徑<2nm）、中孔（孔徑在2-50nm之間）和大孔（孔徑>50nm）。在活性炭的吸附過(guò)程中，三種孔隙發(fā)揮著不同的作用。微孔的吸附能力強(qiáng)，在吸附過(guò)程中起著支配的作用，被吸附在微孔中的有機(jī)物受到的吸附勢(shì)能強(qiáng)于中孔和大孔；中孔提供了吸附質(zhì)到微孔的通道，還能吸附不能被微孔吸附的大分子物質(zhì)；大孔主要起通道作用。

在元素組成方面，活性炭主要由碳、氧、氮元素組成，其中碳為主要元素。雖然活性炭表面主要是非極性，但可能存在不飽和鍵及雜原子，如氧、氮、氫、硫等元素這些元素可能來(lái)源于碳前驅(qū)物或在活化過(guò)程中引入，最終表現(xiàn)為表面官能團(tuán)的生成。表面存在的化學(xué)官能團(tuán)和雜原子決定了活性炭的表面性質(zhì)，主要的雜原子為氧，多以羧基、羰基、羰基和內(nèi)酯基官能團(tuán)呈現(xiàn)，另一主要的雜原子是氮，以酰胺基、內(nèi)酰胺和吡啶等形式存在?；曳质腔钚蕴康臒o(wú)機(jī)組成部分，主要由堿金屬、堿土金屬和其形成的鹽類組成，灰分的含量與原材料和活化方式有關(guān)。

2.2活性炭的制備方法

活性炭的制備方法主要有物理活化法和化學(xué)活化法。物理活化法是將材料先在惰性氣氛中（通常是N2）于400-900℃炭化，再將炭化料在高溫下（350-1000℃）用水蒸氣、CO2或空氣等氧化性氣體反應(yīng)，這些活化氣體與炭化料中的碳原子反應(yīng)形成孔隙結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)活化法可采用先炭化再活化，或者炭化活化一步完成，通常生物質(zhì)原料先進(jìn)行炭化再與活化劑混合進(jìn)行活化，富含碳質(zhì)的原料可直接與活化劑混合活化。常用的化學(xué)活化劑有ZnCl2、H3PO4和KOH等?；罨^(guò)程在惰性氣氛中進(jìn)行，于450-900℃進(jìn)行熱處理。與物理活化法相比，化學(xué)活化法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①制備溫度更低，節(jié)約能源；②步驟更簡(jiǎn)單，炭化和活化可同時(shí)進(jìn)行；③產(chǎn)率更高；④活性炭的比表面積和孔體積更大。由水蒸氣、CO2制備的活性炭的比表面積小于1100m2/g，而由ZnCh、H3PO4和KOH等化學(xué)活化劑制備的活性炭的比表面積明顯高于物理活化法制備的活性炭，比表面積最大可超過(guò)3000m2/g，由此可看出化學(xué)活化法的活化效果優(yōu)于物理活化法。

3活性炭在大數(shù)據(jù)時(shí)代化學(xué)制藥中應(yīng)用機(jī)理

3.1 活性炭在化學(xué)制藥廢水處理中的應(yīng)用機(jī)理

在化學(xué)制藥廢水中，會(huì)含有很多有機(jī)化合物，因此若是單純利用生物降解進(jìn)出廢水處理，效率特別低下，且處理效果也難以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的污水排放要求。為有效解決這一問(wèn)題，在當(dāng)下化學(xué)制藥廢水處理中，通常會(huì)用到一種活性炭技術(shù)，即鐵屑-活性炭?jī)?nèi)電解處理法?；瘜W(xué)制藥廢水中多含有大量的六價(jià)鉻離子，劇毒且容易被動(dòng)植物吸收，最終進(jìn)入食物鏈危害人們身體健康。因此可以通過(guò)鐵屑-活性炭?jī)?nèi)電解處理法將廢水中正六價(jià)鉻離子還原成正三價(jià)。具體反應(yīng)如下：活性炭作為微電池正極，電極反應(yīng)為：2H++2e=H2。鐵屑作為負(fù)極，電極反應(yīng)為Fe=Fe2++2e。反應(yīng)生成的Fe2+可以將廢水中Cr6+還原成Cr3+，具體

Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe2++2Cr3++7H2O，或Cr2O42-+3Fe2++8H+=3Fe2++Cr3++4H2O。隨著水中氫離子被消耗，氫氧根離子增加，會(huì)形成絮狀的氫氧化物（包括鐵離子與鉻離子沉淀）沉淀，進(jìn)而成功將鉻從廢水中除去。

3.2 活性炭在化學(xué)制藥中的除熱應(yīng)用機(jī)理

活性炭具有較大的比表面積，并且內(nèi)部空隙較多，因此具有良好的吸附性。在化學(xué)制藥過(guò)程中，可以對(duì)化學(xué)原料熱源進(jìn)行有效的吸附，還可以進(jìn)行脫色、祛除雜質(zhì)等，因此其在化學(xué)制藥中發(fā)揮著非常重要的輔助作用。在實(shí)際進(jìn)行化學(xué)制藥過(guò)程中，如何在不污染藥物的前提下有效去除藥物制備熱原，一直是化學(xué)藥品制備最為重要的問(wèn)題。隨著活性炭應(yīng)用于其中，有效解決了這一問(wèn)題。究其原因在于，活性炭在吸附過(guò)程中，活性炭分子與污染物分子之間的作用力不同，具體可以細(xì)分為兩大類，即物理吸附與化學(xué)吸附。二者本質(zhì)區(qū)別就在于活性炭分子與污染物分子之間的作用力不同，若二者之間作用力是范德華力，則屬于物理吸附；若二者之間作用力是化學(xué)鍵，則屬于化學(xué)吸附。活性炭在化學(xué)制藥中除熱應(yīng)用機(jī)理即是利用了活性炭化學(xué)吸附功能，化學(xué)吸附過(guò)程一般包含電子對(duì)共享或轉(zhuǎn)移，吸附過(guò)程即是污染物分子被吸附到固體表面的過(guò)程，會(huì)降低分子自由度，因此屬于一種放熱過(guò)程，通過(guò)利用這種放熱過(guò)程可在制藥時(shí)將藥品熱原去除掉，以免損害抑制藥物的活性。例如，在提取人參皂普R提取過(guò)程中，可以應(yīng)用活性炭化學(xué)吸附。具體來(lái)說(shuō)，首先將活性炭以人工注入的方式注入到人參莖葉提取液中，其中含量控制在1%左右，然后進(jìn)行加熱回流，時(shí)間控制在30min左右，即可對(duì)提取液進(jìn)行脫色并去除雜質(zhì)。在進(jìn)行成品藥物制作過(guò)程中，需要置入大約2%的活性炭，然后進(jìn)行加熱回流，時(shí)間控制在20min左右，注射液可以有效將熱原去除。

3.3活性炭?jī)艋扑幱盟?/p>

制藥用水對(duì)藥品質(zhì)量的影響至關(guān)重要，為使制藥用水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可采用活性炭技術(shù)進(jìn)行凈化處理。以生物活性炭的效果最佳，可有效降低有機(jī)化合物的含量，且能達(dá)到很好的消毒作用。同時(shí)，生物活性炭還能去除水中的微量有機(jī)物，可以快速吸附水中溶解的有機(jī)物，以免有機(jī)物對(duì)后續(xù)制藥產(chǎn)生不利影響。生物活性炭吸附的大量有機(jī)物，可為水體中的微生物提供所需要的營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而使大量的微生物聚集在活性炭，經(jīng)過(guò)濾后可確保制藥水體得以凈化。

結(jié)語(yǔ)：

活性炭具有一定的物理和化學(xué)特性，在現(xiàn)代的大數(shù)據(jù)時(shí)代化學(xué)制藥過(guò)程中得以廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)活性炭技術(shù)在化學(xué)制藥廢水處理中的應(yīng)用，去除熱原、凈化制藥用水分析，可以更加科學(xué)準(zhǔn)確地了解活性炭的性質(zhì)，使其在化學(xué)制藥過(guò)程中的應(yīng)用更加有效。

參考文獻(xiàn)：

[1]李東燦.淺談活性炭技術(shù)在化學(xué)制藥中的運(yùn)用原理[J].科技風(fēng)，2011（23）：252.