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活性炭固化技术简介

互联网    2012/10/12 9:11:00    阅读次数:2150

  在制药企业和生物制品企业中,经常需要使用活性炭粉对产品进行脱色、提高澄清度和降低热源。然而传统的活性炭粉的投加方法,可能会遇到生产环境污染、设备清洗验证困难以及有效成分损失等问题。一种全新的固定化活性炭技术可以有效地解决这些问题,从而为生产企业带来更好的经济和社会效益。

  活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造。活性炭的多孔结构为其提供了极大的表面积,从而赋予了活性炭特有的吸附性能,当活性炭与杂质之间的距离足够小时,活性炭就可以通过吸附作用去除杂质。

  活性炭的孔径分为3种:微孔(孔径小于2nm)、介孔(孔径为2~50nm)和大孔(孔径大于50nm)。实际上在一种活性炭中,不会只有一种类型的孔径,而是存在不同比例的微孔、介孔和大孔。通常活性炭用碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和焦糖脱色率来表征活性炭的吸附性能。

  由于杂质的来源不同,因此需要针对不同的杂质,选择不同孔径的活性炭粉,用户通常会进行炭粉型号的筛选试验,确定最佳的炭粉型号和操作参数。

  传统投加方法之弊端

  在药物生产过程中,通常都有投加活性炭粉的步骤,主要起到脱色、除杂质和降低内毒素的作用。传统的炭粉投加方法是将称量好的炭粉从反应器的开孔中投加,并保持一定时间的保温和搅拌,然后通过脱炭过滤器将炭粉脱除。通常这种方式的生产环境较差,操作人员不可避免地需要接触活性炭粉和药液,且设备清洗和验证过程繁琐,存在批次污染的风险。

  在活性炭的脱色过程中,炭粉对药液中杂质起作用的范围是在两者的接触面上,只有当活性炭粉和药液中杂质之间的距离足够小时,活性炭的吸附作用才能发挥;当两者之间的距离过大,活性炭是不能有效吸附杂质的。药物生产企业在使用活性炭粉时,可以通过搅拌来增强炭粉与料液间的接触,减小二者之间的距离,提高脱色效果。实际上这种接触仍然不充分,活性炭粉与药液之间发生同向运动,两者之间的相对运动速度较小,接触面上药液杂质被活性炭粉吸附后,颜色较浅,但是接触面外的杂质不能有效扩散进入接触面,导致脱色效果不佳。于是药物生产企业只能通过增加活性炭粉投加量,进一步增加炭粉与药液的接触面,以此来保证达到预期的脱色效果。但与此同时,药物有效成分被过多的活性炭粉大量吸附,降低了最终收率。

  固定化活性炭技术

  将活性炭固化在深层过滤器中,并在过滤介质上加载正电荷,进一步增强脱色效果,这种全新的炭粉运用产品被称为ZetaCarbonTM滤芯,可将脱色和过滤两个操作单元一步完成。这种技术能够将活性炭固定在ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质表面,待脱色的药液通过离心泵或压力进入过滤器时,与含有固定化活性炭的过滤介质强制接触,从而提高两者之间的相对速度;同时ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质也具有一定的孔径精度,药液只能在狭窄的孔道中通过,进一步降低了药液与固定化活性炭的接触距离,充分发挥活性炭的吸附能力。

  此外,杂质中通常带有负电荷,ZetaCarbonTM滤芯的过滤介质表面加载正电荷,如图2所示,通过静电吸附作用,杂质与过滤介质之间的距离被进一步减小,有利于杂质从药液主体中脱除,提高活性炭的利用率。