CC BY
145
УДК 546.621:541.135.7
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОСАЖДЕНИЯ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ГЕЛЯ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
-Е..В. Степанова, Д.Е. Шарыгин, Ю.Б. Швалёв
Томский политехнический университет ; E-mail: yb@list.ru
Исследовалось влияние pH осаждения и концентраций исходных реагентов на количественное содержание катиона А13+ и сорбционную активность геля гидроксида алюминия. Установлено, что максимальной сорбционной активностью 1,76 мг/мгконго-красного обладает образец, полученный при pH = 6,0,t = 20 °С при концентрации исходных веществ 100 г/л сернокислого алюминия и 200 r/л карбоната натрия.
В Российской Федерации и странах ближнего зарубежья при изготовлении сорбированных вакцин и анатоксинов широко используется гель гидроксида алюминия различной степени дисперсности [1]. Известно несколько способов'его получения, достоинства и недостатки этих способов достаточно полно изложены в литературе [2,3]. ■
Нами разработан способ получения геля гидроксида алюминия [4], включающий все достоинства непрерывной технологии [5,6]. Промышленная реализация способа в условиях УФГП НПО "Вирион" (г. Томск) потребовала изучения влияния условий стадии осаждения геля гидроксида алюминия на его физико-химические свойства.
Одним из основных показателей геля гидроксида алюминия, применяемого в качестве депонирующего вещества, является содержание катиона А13+, которое не должно превышать предела, установленного нормативными актами [7]. В связи с этим нами были проведены исследования влияния концентраций исходных реагентов на содержание А13+.
Материалом для исследования служили образцы геля гидроксида алюминияГ изготовленные на экспериментальной установке, схема которой была ранее приведена в [6]. Исходными реагентами служили растворы А12(804)з и №2С03 различной концентрации. Осаждение проводили при pH = 7,0 и температуре 20 °С, поскольку образцы, полученные при таких условиях, менее подвержены процессу старения [8]. Кроме того, известно [7], что температура 20 °С является оптимальной для процесса осаждения геля гидроксида алюминия, используемого в качестве сорбента иммунобиологических препаратов, а повышение температуры в момент образования осадков до 50 °С приводит к снижению удельной поверхности сорбента, вследствие чего уменьшается и его сорбционная активность [9]. Полученный гель гидроксида алюминия отмывали до полного удаления избыточного содержания ионов 8042' методом многократных декантаций на-досадочной жидкости от сформировавшегося осадка геля. В качестве отмывающего раствора использовали дистиллированную водус рН=5,0...6,0. После отмывки геля проводились исследования физи-ко-химических характеристик,в соответствии с [7].
Условия проведения экспериментов и результаты анализов-приведены в табл. -1. На рис. 1 приведено сравнение расчетных (стехиометрических) по-
казателей количественного содержания А13+ и полученных на практике.
При увеличении концентраций исходного раствора А12(804)3 наблюдалось увеличение содержания А13+ (табл. 1). При варьировании концентрации исходного раствора Иа2С03 явной закономерности не наблюдалось, несмотря на то, что осаждение проводилось при одинаковых условиях: объёмный расход исходного раствора А12(804)3 не менялся, показатель pH в течение всех экспериментов являлся постоянной величиной. Данный вопрос является предметом дальнейших исследований.
По данным [9], структура и физические свойства геля в значительной степени зависят от величины pH в момент образования твёрдой фазы. С целью изучения влияния pH осаждения на содержание катиона А13+ в геле при постоянных концентрациях исходных реагентов проведены исследования (табл. 2). Концентрации исходных реагентов составили 100 г/л для А12(804)3 и 200 г/л для Ма2С03.
Как видно из табл. 2, содержание А13+ находится в прямой зависимости от pH осаждения, причём с повышением pH наблюдается снижение содержания катиона А13+.
Согласно [8], содержание анионов или катионов в гидроксидах определяется кислотно-основными свойствами системы гидроксид-среда, формирующимися на стадии осаждения: при увеличении кислотных свойств гидроксида возрастает связывание катионов, а связывание анионов снижается, что со-
Таблица 1. Влияние концентрации исходных реагентов
Al2(S04)3 и Na2C03 на содержание катиона АР+
Концентрация, г/л Содержание А1-+, мг/мл
Al,(S04), Na2C03
25 200 !’38
50 ■ . 2,49 . ,
75 • 4,16
100 '5,84
125 9,98 '
150 10,46
100 50 5,30
100 . . 7,20
150 8,32
200 6,00
250 8,60
25 50 „ 75 100 125
Концентрация исходного раствора
А12(804)3, г/л
В Практическое □ Расчетное (стехиометрическое)
Рис. 1. Зависимость количественного содержания катиона АР+ от концентрации исходного раствора сернокислого алюминия
6,00 • 6,50 7,00 7,50
pH осаждения
Рис. 2. Влияние pH осаждения на сорбционную активность геля гидроксида алюминия: | - до и Д: - после гидротермальной обработки
гласуется с полученными нами результатами, приведенными в табл. 2.
Основной показатель качества геля гидроксида алюминия, используемого в качестве депонирующего вещества, - сорбционная активность - определялась до гидротермальной обработки (стерилизация), и сразу же после гидротермальной обработки, которая заключалась в прогреве сорбента при 110 °С в течении 30 мин. Известно [10], что в начальной стадии образования частицы гелей являются амор-
фными, рыхлыми и при адсорбции веществ из раствора хорошо доступны не только их внешняя, но и внутренняя поверхность. С течением времени аморфные гидроксиды претерпевают структурные изменения, связанные, по-видимому, с уплотнением геля во время старения. Уплотнение геля в процессе старения особенно заметно при адсорбции красителей, имеющих обычно большой молекулярный вес, что снижает проницаемость их во внутренние поры адсорбентов. При гидротермальной обра-
Табпица 2. Влияние pH осаждения на содержание катиона А13+ при 20 °С
pH 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5
Содержание А13+, мг/мл 6,94 6,52 6,25 6,15 5,83 5,79 5,55 5,45
ботке в аморфном гидроксиде проходят глубокие изменения, сопровождающиеся кристаллизацией гидроксида, при этом мелкие поры исчезают, и преобладающий радиус мезапор возрастает, и внутренняя поверхность геля становится доступной для молекул адсорбата. В результате проведенных экспериментов установлено, что до стерилизации геля гидроксида алюминия величина сорбционной активности для всех исследованных образцов находилась на одном уровне. После стерилизации сорбционная активность значительно повысилась (рис. 2). Максимальная сорбционная активность составила
1,76 мг/мг конго-красного при pH = 6,0 и / = 20 °С. Согласно [10], под действием гидротермальной обработки (стерилизация) происходит ускоренное со-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васильев H.H., Воробьёв А.А. Физико-химическая и электронно-микроскопическая характеристика гидрата окиси алюминия как депонирующего вещества, изготовленного различными методами // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. -1962. - № 2. - С. 73-78. ' ^
2. Шапиро Н.И., Сафонова Л.С., Дудкина М.И., Ма-чульская К.В. Сравнительное изучение препаратов геля гидроксида алюминия. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. - 1970. -№9.-С. 26-31.
3. Ишкельдин И.Б., Вильданова К.Т. Влияние некоторых физических воздействий на структуру и свойства гидроокиси алюминия // Адъюванты в вакцинносывороточном деле: Сб. 2-4. - М.: Медицина, 1975. - С. 30-33.
4. Пат. 2171678 С1 Россия. МКЙ7 А61К 33/08. Способ получения геля гидроксида алюминия для производства иммунобиологических препаратов / Л.Д. Быстрицкий, H.H. Долженко, Н.Х. Ставицкая, Е.В. Степанова, Д.Е. Шарыгин, Ю.Б. Швалёв. Опубл. 13.06.2000, Бюл. № 22.
5. Коробочкин В.В., Швалёв Ю.Б., Косинцев В.И., Быстрицкий Л .Д. Исследование непрерывной техно-
зревание геля гидроксида алюминия, повышается удельная поверхность, что находит своё выражение в увеличении показателя сорбционной активности геля.
Таким образом, на основании исследований влияния pH осаждения и концентраций исходных реагентов на содержание катиона А13+ и сорбционную активность геля гидроксида алюминия, определено, что максимальной сорбционной активностью
1,76 мг/мг конго-красного обладает образец, полученный при pH = 6,0, Г= 20 °С при концентрации исходных веществ 100 г/л сернокислого алюминия и 200 г/л карбоната натрия. При этом содержание катиона А13+ составляет 6,25 мг/мл, что соответствует требованиям [7].
логии геля гидроксида алюминия // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2000. - Т. 43, вып. 3. - С. 82-86.
6. Швалёв Ю.Б., Быстрицкий Л.Д., Косинцев В.И., Медведев М.Д., Коробочкин В.В., Шарыгин Д.Е. Исследование непрерывной технологии геля гидроксида, применяемого в фармацевтической промышленности //Сибирский медицинский журнал. - 2000. -Т. 16,-№1.-С. 28-31.
7. Фармакопейная статья. Гель алюминия гидроксида. ФС 42-394 ВС-91 (от 17.10.91).
8. Дзисько В.А., Карнаухов А.П, Тарасова Д.В. Физико-химические основы синтеза окисных катализаторов. - Новосибирск: Наука, 1978. - 384 с.
9. Васильев H.H., Воробьев А.А Физико-химическая и электронно-микроскопическая характеристики гидрата окиси алюминия как депонирующего вещества, изготовленного различными методами // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. -1962. - № 2. - С. 73-78.
10. Неймарк И.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. - Киев: Наукова думка, 1982. - 216 с.
