大数据时代化学制药中活性炭技术的应用探讨

杨昊

摘要：活性炭的吸附性特别好，具有物理、化学吸附两种特性，可选择吸附液相和气相物质，从而实现脱色精制、去污提纯以及消毒除臭之目的，在现代化学制药过程中得以广泛的应用。对此，本文就大数据时代化学制药中活性炭技术的应用进行了简要的分析，希望对有关人士提供一定的参考，能够更加深入了解活性炭技术在化学制药中的运用原理和作用，从而完善化学制药中的活性炭技术。

关键词：大数据；化学制药；活性炭；应用

1化学制藥发展现状

在化学制药生产过程中，制药工艺水平对药品安全性和产品质量有直接影响。如果生产工艺流程不合理，容易导致药品受环境中的病毒和细菌污染，导致药品发生变质，严重影响其适用安全性。更为甚者，药品与其他介质发生化学反应，生成对人体有害物质，如果被服用，不仅不会产生药效，还会加重病情或引发其他严重问题。因此，对化学制药工艺流程进行优化十分重要，比如通过减少不洁净生产设备和盛具的使用，避免药品受到污染，起到对药品生产流程的保护作用。从目前化学制药生产情况来看，药品质量安全保护措施主要包括：

（1）对药品生产环境定期进行消毒灭菌，从源头上消灭药品污染源，从而避免药品受到污染。

（2）完成药品生产流程后，采用密封包装对药品进行储存，可以使用专用的药品真空包装袋，避免因药品与空气中的水和氧气等发生化学反应，导致药品变质。同时做好药品外包装材料的消毒和储存工作，在使用前进行检查，避免使用受污染的包装袋。

（3）采用药品专用角度设备对制造工艺中的设备进行消毒和清洁，特别是新采购的设备，在安装后要多次进行消毒灭菌，然后才能投入使用，并在以后的运行维护中，定期对其进行灭菌消毒。

2活性炭的结构性质和制备方法

2.1活性炭的结构性质

活性炭是以石墨微晶为基础的多孔隙碳。其基本结构类似于石墨的六角网状结构，不同的是石墨结构是规则的平行堆叠，而活性炭是SP2杂化构成的乱层堆积结构。由于石墨微晶的杂乱排列和微晶群组间强交联的螺层排列，形成了不同大小和形状的孔隙。这种结构使活性炭具有丰富的孔隙，对其吸附性能有重要的影响。根据IUPAC的分类，孔隙可分为微孔（孔径<2nm）、中孔（孔径在2-50nm之间）和大孔（孔径>50nm）。在活性炭的吸附过程中，三种孔隙发挥着不同的作用。微孔的吸附能力强，在吸附过程中起着支配的作用，被吸附在微孔中的有机物受到的吸附势能强于中孔和大孔；中孔提供了吸附质到微孔的通道，还能吸附不能被微孔吸附的大分子物质；大孔主要起通道作用。

在元素组成方面，活性炭主要由碳、氧、氮元素组成，其中碳为主要元素。虽然活性炭表面主要是非极性，但可能存在不饱和键及杂原子，如氧、氮、氢、硫等元素这些元素可能来源于碳前驱物或在活化过程中引入，最终表现为表面官能团的生成。表面存在的化学官能团和杂原子决定了活性炭的表面性质，主要的杂原子为氧，多以羧基、羰基、羰基和内酯基官能团呈现，另一主要的杂原子是氮，以酰胺基、内酰胺和吡啶等形式存在。灰分是活性炭的无机组成部分，主要由碱金属、碱土金属和其形成的盐类组成，灰分的含量与原材料和活化方式有关。

2.2活性炭的制备方法

活性炭的制备方法主要有物理活化法和化学活化法。物理活化法是将材料先在惰性气氛中（通常是N2）于400-900℃炭化，再将炭化料在高温下（350-1000℃）用水蒸气、CO2或空气等氧化性气体反应，这些活化气体与炭化料中的碳原子反应形成孔隙结构。化学活化法可采用先炭化再活化，或者炭化活化一步完成，通常生物质原料先进行炭化再与活化剂混合进行活化，富含碳质的原料可直接与活化剂混合活化。常用的化学活化剂有ZnCl2、H3PO4和KOH等。活化过程在惰性气氛中进行，于450-900℃进行热处理。与物理活化法相比，化学活化法具有以下优点：①制备温度更低，节约能源；②步骤更简单，炭化和活化可同时进行；③产率更高；④活性炭的比表面积和孔体积更大。由水蒸气、CO2制备的活性炭的比表面积小于1100m2/g，而由ZnCh、H3PO4和KOH等化学活化剂制备的活性炭的比表面积明显高于物理活化法制备的活性炭，比表面积最大可超过3000m2/g，由此可看出化学活化法的活化效果优于物理活化法。

3活性炭在大数据时代化学制药中应用机理

3.1 活性炭在化学制药废水处理中的应用机理

在化学制药废水中，会含有很多有机化合物，因此若是单纯利用生物降解进出废水处理，效率特别低下，且处理效果也难以达到国家规定的污水排放要求。为有效解决这一问题，在当下化学制药废水处理中，通常会用到一种活性炭技术，即铁屑-活性炭内电解处理法。化学制药废水中多含有大量的六价铬离子，剧毒且容易被动植物吸收，最终进入食物链危害人们身体健康。因此可以通过铁屑-活性炭内电解处理法将废水中正六价铬离子还原成正三价。具体反应如下：活性炭作为微电池正极，电极反应为：2H++2e=H2。铁屑作为负极，电极反应为Fe=Fe2++2e。反应生成的Fe2+可以将废水中Cr6+还原成Cr3+，具体

Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe2++2Cr3++7H2O，或Cr2O42-+3Fe2++8H+=3Fe2++Cr3++4H2O。随着水中氢离子被消耗，氢氧根离子增加，会形成絮状的氢氧化物（包括铁离子与铬离子沉淀）沉淀，进而成功将铬从废水中除去。

3.2 活性炭在化学制药中的除热应用机理

活性炭具有较大的比表面积，并且内部空隙较多，因此具有良好的吸附性。在化学制药过程中，可以对化学原料热源进行有效的吸附，还可以进行脱色、祛除杂质等，因此其在化学制药中发挥着非常重要的辅助作用。在实际进行化学制药过程中，如何在不污染药物的前提下有效去除药物制备热原，一直是化学药品制备最为重要的问题。随着活性炭应用于其中，有效解决了这一问题。究其原因在于，活性炭在吸附过程中，活性炭分子与污染物分子之间的作用力不同，具体可以细分为两大类，即物理吸附与化学吸附。二者本质区别就在于活性炭分子与污染物分子之间的作用力不同，若二者之间作用力是范德华力，则属于物理吸附；若二者之间作用力是化学键，则属于化学吸附。活性炭在化学制药中除热应用机理即是利用了活性炭化学吸附功能，化学吸附过程一般包含电子对共享或转移，吸附过程即是污染物分子被吸附到固体表面的过程，会降低分子自由度，因此属于一种放热过程，通过利用这种放热过程可在制药时将药品热原去除掉，以免损害抑制药物的活性。例如，在提取人参皂普R提取过程中，可以应用活性炭化学吸附。具体来说，首先将活性炭以人工注入的方式注入到人参茎叶提取液中，其中含量控制在1%左右，然后进行加热回流，时间控制在30min左右，即可对提取液进行脱色并去除杂质。在进行成品药物制作过程中，需要置入大约2%的活性炭，然后进行加热回流，时间控制在20min左右，注射液可以有效将热原去除。

3.3活性炭净化制药用水

制药用水对药品质量的影响至关重要，为使制药用水达到标准，可采用活性炭技术进行净化处理。以生物活性炭的效果最佳，可有效降低有机化合物的含量，且能达到很好的消毒作用。同时，生物活性炭还能去除水中的微量有机物，可以快速吸附水中溶解的有机物，以免有机物对后续制药产生不利影响。生物活性炭吸附的大量有机物，可为水体中的微生物提供所需要的营养，进而使大量的微生物聚集在活性炭，经过滤后可确保制药水体得以净化。

结语：

活性炭具有一定的物理和化学特性，在现代的大数据时代化学制药过程中得以广泛应用。通过对活性炭技术在化学制药废水处理中的应用，去除热原、净化制药用水分析，可以更加科学准确地了解活性炭的性质，使其在化学制药过程中的应用更加有效。

参考文献：

[1]李东灿.浅谈活性炭技术在化学制药中的运用原理[J].科技风，2011（23）：252.