大數據時代化學制藥中活性炭技術的應用探討

楊昊

摘要：活性炭的吸附性特別好，具有物理、化學吸附兩種特性，可選擇吸附液相和氣相物質，從而實現脫色精制、去污提純以及消毒除臭之目的，在現代化學制藥過程中得以廣泛的應用。對此，本文就大數據時代化學制藥中活性炭技術的應用進行了簡要的分析，希望對有關人士提供一定的參考，能夠更加深入了解活性炭技術在化學制藥中的運用原理和作用，從而完善化學制藥中的活性炭技術。

關鍵詞：大數據；化學制藥；活性炭；應用

1化學制藥發展現狀

在化學制藥生產過程中，制藥工藝水平對藥品安全性和產品質量有直接影響。如果生產工藝流程不合理，容易導致藥品受環境中的病毒和細菌污染，導致藥品發生變質，嚴重影響其適用安全性。更為甚者，藥品與其他介質發生化學反應，生成對人體有害物質，如果被服用，不僅不會產生藥效，還會加重病情或引發其他嚴重問題。因此，對化學制藥工藝流程進行優化十分重要，比如通過減少不潔凈生產設備和盛具的使用，避免藥品受到污染，起到對藥品生產流程的保護作用。從目前化學制藥生產情況來看，藥品質量安全保護措施主要包括：

（1）對藥品生產環境定期進行消毒滅菌，從源頭上消滅藥品污染源，從而避免藥品受到污染。

（2）完成藥品生產流程后，采用密封包裝對藥品進行儲存，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生化學反應，導致藥品變質。同時做好藥品外包裝材料的消毒和儲存工作，在使用前進行檢查，避免使用受污染的包裝袋。

（3）采用藥品專用角度設備對制造工藝中的設備進行消毒和清潔，特別是新采購的設備，在安裝后要多次進行消毒滅菌，然后才能投入使用，并在以后的運行維護中，定期對其進行滅菌消毒。

2活性炭的結構性質和制備方法

2.1活性炭的結構性質

活性炭是以石墨微晶為基礎的多孔隙碳。其基本結構類似于石墨的六角網狀結構，不同的是石墨結構是規則的平行堆疊，而活性炭是SP2雜化構成的亂層堆積結構。由于石墨微晶的雜亂排列和微晶群組間強交聯的螺層排列，形成了不同大小和形狀的孔隙。這種結構使活性炭具有豐富的孔隙，對其吸附性能有重要的影響。根據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）。在活性炭的吸附過程中，三種孔隙發揮著不同的作用。微孔的吸附能力強，在吸附過程中起著支配的作用，被吸附在微孔中的有機物受到的吸附勢能強于中孔和大孔；中孔提供了吸附質到微孔的通道，還能吸附不能被微孔吸附的大分子物質；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源于碳前驅物或在活化過程中引入，最終表現為表面官能團的生成。表面存在的化學官能團和雜原子決定了活性炭的表面性質，主要的雜原子為氧，多以羧基、羰基、羰基和內酯基官能團呈現，另一主要的雜原子是氮，以酰胺基、內酰胺和吡啶等形式存在?；曳质腔钚蕴康臒o機組成部分，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。

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，這些活化氣體與炭化料中的碳原子反應形成孔隙結構?；瘜W活化法可采用先炭化再活化，或者炭化活化一步完成，通常生物質原料先進行炭化再與活化劑混合進行活化，富含碳質的原料可直接與活化劑混合活化。常用的化學活化劑有ZnCl2、H3PO4和KOH等?；罨^程在惰性氣氛中進行，于450-900℃進行熱處理。與物理活化法相比，化學活化法具有以下優點：①制備溫度更低，節約能源；②步驟更簡單，炭化和活化可同時進行；③產率更高；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3000m2/g，由此可看出化學活化法的活化效果優于物理活化法。

3活性炭在大數據時代化學制藥中應用機理

3.1 活性炭在化學制藥廢水處理中的應用機理

在化學制藥廢水中，會含有很多有機化合物，因此若是單純利用生物降解進出廢水處理，效率特別低下，且處理效果也難以達到國家規定的污水排放要求。為有效解決這一問題，在當下化學制藥廢水處理中，通常會用到一種活性炭技術，即鐵屑-活性炭內電解處理法。化學制藥廢水中多含有大量的六價鉻離子，劇毒且容易被動植物吸收，最終進入食物鏈危害人們身體健康。因此可以通過鐵屑-活性炭內電解處理法將廢水中正六價鉻離子還原成正三價。具體反應如下：活性炭作為微電池正極，電極反應為：2H++2e=H2。鐵屑作為負極，電極反應為Fe=Fe2++2e。反應生成的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，會形成絮狀的氫氧化物（包括鐵離子與鉻離子沉淀）沉淀，進而成功將鉻從廢水中除去。

3.2 活性炭在化學制藥中的除熱應用機理

活性炭具有較大的比表面積，并且內部空隙較多，因此具有良好的吸附性。在化學制藥過程中，可以對化學原料熱源進行有效的吸附，還可以進行脫色、祛除雜質等，因此其在化學制藥中發揮著非常重要的輔助作用。在實際進行化學制藥過程中，如何在不污染藥物的前提下有效去除藥物制備熱原，一直是化學藥品制備最為重要的問題。隨著活性炭應用于其中，有效解決了這一問題。究其原因在于，活性炭在吸附過程中，活性炭分子與污染物分子之間的作用力不同，具體可以細分為兩大類，即物理吸附與化學吸附。二者本質區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鍵，則屬于化學吸附?；钚蕴吭诨瘜W制藥中除熱應用機理即是利用了活性炭化學吸附功能，化學吸附過程一般包含電子對共享或轉移，吸附過程即是污染物分子被吸附到固體表面的過程，會降低分子自由度，因此屬于一種放熱過程，通過利用這種放熱過程可在制藥時將藥品熱原去除掉，以免損害抑制藥物的活性。例如，在提取人參皂普R提取過程中，可以應用活性炭化學吸附。具體來說，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，然后進行加熱回流，時間控制在30min左右，即可對提取液進行脫色并去除雜質。在進行成品藥物制作過程中，需要置入大約2%的活性炭，然后進行加熱回流，時間控制在20min左右，注射液可以有效將熱原去除。

3.3活性炭凈化制藥用水

制藥用水對藥品質量的影響至關重要，為使制藥用水達到標準，可采用活性炭技術進行凈化處理。以生物活性炭的效果最佳，可有效降低有機化合物的含量，且能達到很好的消毒作用。同時，生物活性炭還能去除水中的微量有機物，可以快速吸附水中溶解的有機物，以免有機物對后續制藥產生不利影響。生物活性炭吸附的大量有機物，可為水體中的微生物提供所需要的營養，進而使大量的微生物聚集在活性炭，經過濾后可確保制藥水體得以凈化。

結語：

活性炭具有一定的物理和化學特性，在現代的大數據時代化學制藥過程中得以廣泛應用。通過對活性炭技術在化學制藥廢水處理中的應用，去除熱原、凈化制藥用水分析，可以更加科學準確地了解活性炭的性質，使其在化學制藥過程中的應用更加有效。

參考文獻：

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