專利名稱：制造納米材料的超臨界co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造納米新材料的裝置，特別涉及一種制造納米材料的超臨界CO2抗溶劑裝置。
眾所周知，納米材料也稱超細微粒是介于宏觀固體和微觀分子間的亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，其粒徑一般在1～100nm之間，由于粒徑小，比表面大，表面原子占有率高，其表面結(jié)構(gòu)、體相結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)都有別于宏觀固體，表現(xiàn)在具有較高的化學(xué)活性，磁、光、熱、電及熔點都具有特異的性質(zhì)。這些特性廣泛用于特殊光學(xué)、吸波、絕熱、陶瓷、半導(dǎo)體、制藥、生物工程等功能材料。
近來年，美國政府斥巨資研制、生產(chǎn)納米材料用于各行各業(yè)的發(fā)展，使國民經(jīng)濟得到顯著的增長；我國政府和科學(xué)家也十分重視納米材料的研制，在有些領(lǐng)域已經(jīng)得到突破，開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。人們預(yù)言，納米新材料將成為本世紀各國研發(fā)的熱點和焦點。
制造納米材料的方法有多種一類是機械研磨法、激光熱解法和超聲法，這類方法因產(chǎn)生熱量而不適于熱敏物質(zhì)；二類是化學(xué)氣相沉積法、醇鹽水解法和氣相氧化法，該類方法粒度分布寬、溶劑殘留難以除盡；三類是超臨界流體法制造納米材料，如超臨界溶劑快速膨脹法(RESS)，氣體抗溶劑法(GAS)和超臨界CO2抗溶劑法(SAS)。這些方法的優(yōu)點是產(chǎn)品粒徑小，粒度分布窄，溫度低，適于生化物質(zhì)。1、在RESS法中，要求溶質(zhì)溶于超臨界CO2溶液，再經(jīng)噴嘴快速膨脹生成微粒，因許多極性物質(zhì)在CO2中溶解度小，故能耗大、產(chǎn)率低，限制了應(yīng)用范圍。2、在GAS法中，必須先制出均相溶液，所選溶劑必須既溶解溶質(zhì)又與CO2互溶，該法大多為間歇操作，產(chǎn)品和溶劑回收困難，不適于批量生產(chǎn)。3、在SAS法中，是以超臨界CO2為抗溶劑，所選溶劑既可溶解溶質(zhì)又可溶于抗溶劑，即利用溶質(zhì)不溶于抗溶劑而抗溶劑又與溶劑互溶這一特點，當(dāng)超臨界CO2與溶液瞬間混合，溶劑體積快速膨脹，使溶液瞬間產(chǎn)生極高過飽和度而析出溶質(zhì)，控制抗溶劑的流速、噴嘴直徑大小和溶液中溶質(zhì)濃度，來控制微粒的粒徑、形狀和粒度分布。SAS法制造的粒徑可小到10nm，可制成緩釋微粒，滿足氣霧劑、靜脈注射及改變基因DNA的需要，并易于實現(xiàn)微粒生產(chǎn)的連續(xù)化、產(chǎn)業(yè)化。滿足“無藥不微粒，無藥不緩釋”的需要。
但上述方法所用的儀器設(shè)備，多為研發(fā)階段、自己組裝、實驗室小規(guī)模儀器，其特點是，間歇操作，CO2溶劑不回收，產(chǎn)量小。只有毫克至克級，尚未見有較大型連續(xù)生產(chǎn)裝置報道。
本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)超臨界CO2抗溶劑裝置，用于制造多種納米材料。這種SAS裝置由多噴嘴噴頭、噴霧結(jié)晶釜、產(chǎn)品收集器等構(gòu)成，可以進行連續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明的創(chuàng)新點是，一是多個同心管噴嘴噴頭，適用于多種產(chǎn)品制造，并使產(chǎn)量增加。二是多個產(chǎn)品收集器，可切換連續(xù)收集并可將產(chǎn)品吹干，進行連續(xù)生產(chǎn)。
本發(fā)明的實施方案如下一、一種超臨界CO2抗溶劑裝置，如

圖1所示，由CO2泵、溶劑泵多個同心管噴嘴噴頭、噴霧結(jié)晶釜、產(chǎn)品收集器、分離器、CO2回收循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成。其噴嘴結(jié)構(gòu)如圖2所示，由內(nèi)徑不同的同心管組成不銹鋼毛細管(5)，外徑0.5-0.95mm，在外管噴口(7)處焊一段長2-6mm，內(nèi)徑0.1-0.2mm不銹鋼毛細管，構(gòu)成瞬間溶液與抗溶劑混合區(qū)。由不銹鋼卡套(4)密封組合而成。SAS流路為，超臨界CO2經(jīng)(2)走內(nèi)路，溶液由(1)走外路，亦可相反，即超臨界CO2走外路，溶液走內(nèi)路，同時并流高速流出噴嘴而霧化，產(chǎn)物沉積析出。二、SAS操作特征1、啟動結(jié)晶釜(12)、收集器(13)、分離釜(17)及噴頭加熱器(11)達到設(shè)定溫度，開動壓縮機由CO2源(23)向CO2貯罐(22)充液。開動CO2泵(1)，經(jīng)加熱器(2)加熱，閥(3)調(diào)控流速，經(jīng)內(nèi)管(2)噴霧到結(jié)晶釜(12)，再經(jīng)閥(V1)到收集器(13)，閥(16)穩(wěn)定至設(shè)定壓力。
2、當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定到設(shè)定的溫度、壓力、流速后，開動溶劑泵(4)將溶液(5)中溶液吸入，經(jīng)加熱器(7)加熱，微調(diào)閥(8)調(diào)控流速，由外管路1引入，在噴嘴出口(7)前與超臨界CO2瞬間混合，由噴口噴出霧化，產(chǎn)品沉積于結(jié)晶釜(12)中，流入收集器(13)中收集。CO2與溶劑經(jīng)背壓閥(16)降壓，在旋風(fēng)分離器(17)中留下溶劑，再經(jīng)過濾器(18)、緩沖器(19)、壓縮機(20)、冷凝器(21)，將液體CO2壓縮流進CO2貯罐(22)中循環(huán)再用。
3、當(dāng)產(chǎn)品收集一定時間后，關(guān)V1開V2、V5，切換到收集器(14)繼續(xù)收集產(chǎn)品。同時開V7，用CO2吹掃、干燥產(chǎn)品，脫除殘留溶劑。吹掃一定時間后，關(guān)V4、V7，開V10，使收集器(13)接通大氣后，開蓋取出可自由流出的粉狀產(chǎn)品。
4、收集器(14)收集到一定時間后，切換到另一收集器(15)。依此類推，連續(xù)生產(chǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點1、利用特制的不同內(nèi)徑的不銹鋼毛細管組裝成套管式霧化噴嘴，結(jié)構(gòu)緊湊，易加工制作，可由更換不同內(nèi)徑噴嘴，滿足生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需要。
2、由背壓閥控制壓力，微調(diào)閥控制流量，微機控制加熱和閥門，系統(tǒng)的溫度、壓力、流量穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。
3、由于噴嘴可調(diào)，可選溶劑較多，本裝置用途較廣，如生物工程、醫(yī)藥、無機鹽等可自由流動微粒，產(chǎn)品無溶劑殘留。
4、所用溶劑CO2對人體、環(huán)境友好，價格低廉，無三廢排放，屬可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)裝置。
以下實施例結(jié)合附圖1、2、3，詳述超臨界CO2抗溶劑裝置的操作及制造納米材料的實例，但不意味著限制本發(fā)明的范圍。
實施例一，胰島素聚乳酸緩釋微球的制備。
聚合物納米微粒廣泛用于制造緩釋藥物輸送系統(tǒng)，特別是生物技術(shù)藥物，如蛋白質(zhì)、縮氨酸、基因材料加工等。胰島素和聚乳酸可共溶于混合溶劑中，經(jīng)SAS法，制成緩釋微球。(1)胰島素聚乳酸溶液的配制100毫升1毫克/毫升胰島素的二甲亞砜溶液滴加到100毫升20毫克/毫升聚乳酸二氯甲烷溶液中，過濾，備用。(2)超臨界CO2抗溶劑條件①三個霧化噴嘴尺寸不銹鋼毛細管內(nèi)徑0.05mm，外徑0.5mm，外管外徑2.0mm，內(nèi)徑0.55mm，噴口內(nèi)焊一段長4mm，內(nèi)徑0.1mm不銹鋼毛細管。②流路與流速超臨界CO2走外管，流速500毫升/分，胰島素聚乳酸溶液走內(nèi)管，流速5毫升/分。CO2與溶液流速比100∶1。③操作條件溫度34℃，壓力13MPa。(3)產(chǎn)品為白色的自由流動微球，可用于皮下注射。經(jīng)高分辨率掃描電鏡及凝膠滲透色譜分析，主要粒徑0.5μm，粒度分布0.2～1.5μm。胰島素聚乳酸微球經(jīng)皮下注射進患糖尿病大鼠試驗，其生物活性100％，緩釋胰島素量為45％。
實驗例二、銀杏黃酮、萜內(nèi)酯納米微粒的制備中草藥現(xiàn)代化是當(dāng)前我國醫(yī)藥界的重要課題。銀杏黃酮甙和萜內(nèi)脂是治療心腦血管疾病的首選藥物，現(xiàn)在僅有口服藥和飲品。許多中草藥提取物(固體)只要選好溶劑都可制成納米微粒，不僅可提高藥效，而且可增加新劑型及新用途。如靜脈注射、皮下注射、噴霧、埋植及氣霧劑等。(1)銀杏黃酮甙、萜內(nèi)脂溶劑的配制原料黃酮甙24.9％，萜內(nèi)脂6％，酚酸＜5mg/Kg。
將50克黃酮原料，溶于1000毫升95％乙醇中，過濾，除去不溶物，備用。(2)超臨界抗溶劑條件除了溫度改為50℃，壓力18MPa外，其余與實施例一相同。(3)產(chǎn)物為淺黃色自由流動固體，經(jīng)透射電鏡、氣相色譜分析主要粒徑0.8μm，粒度分布0.2～2.0μm，酚酸含量＜2mg/Kg，溶劑殘留為零。
產(chǎn)品可用于靜脈注射、皮下注射及氣霧劑。
實施例三、硝酸亞鈷微粒的制備無機物包括染料、炸藥、照相器材、陶瓷前體、硅酸鹽、無機鹽等都可用SAS裝置制成納米材料，從而具有特異性能。硝酸亞鈷為粉紅色染料，如滲入塑料不僅染色，且可增強性能。制備硝酸亞鈷溶液常用溶劑有乙醇、甲醇、丙酮等。(1)1％硝酸亞鈷丙酮溶液的制備稱取10克Co(NO3)2·6H2O，溶于1000毫升丙酮中，濾去雜質(zhì)，備用。(2)超臨界抗溶劑條件除溫度改為35℃,CO2壓力10MPa外，其余與實施例一相同。(3)產(chǎn)品為自由流動粉紅色粉末，經(jīng)透射電鏡、氣相色譜分析主要粒徑200nm，粒度分布80～600nm，丙酮殘留量為零。
圖1、制造納米材料的超臨界抗溶劑裝置流程圖1、CO2泵，2、預(yù)熱器，3、微調(diào)閥，4、溶液泵，5、溶液1,6溶液2,7、加熱器，8、微調(diào)閥，9、釜蓋，10、多噴嘴噴頭，11、噴頭加熱器，12、霧化結(jié)晶釜，13～15、收集器，16、背壓閥，17、分離器，18、過濾器，19、壓縮機，20、冷凝器，21、CO2貯罐，22、CO2源，V1～V20閥門。附圖2A1、外管入口，2、內(nèi)管，3、內(nèi)螺釘，4、卡套，5、毛細管，6、外管，7、噴口。
權(quán)利要求
一、一種超臨界CO2抗溶劑裝置。其特征在于該裝置主要由多噴嘴噴頭、霧化結(jié)晶高壓釜、收集器以及分離釜、進料、CO2循環(huán)等系統(tǒng)構(gòu)成。(見附圖1)。該裝置在改變條件下，可制造多種納米材料。
二、據(jù)權(quán)利一，多噴嘴噴頭為一組合結(jié)構(gòu)(見附圖2A)，其特征在于噴嘴是由內(nèi)徑不同的同心管組成。不銹鋼毛細管5，外徑0.5～0.95mm，內(nèi)徑0.05～0.3mm；外管6，外徑2.0～3.0mm，內(nèi)徑0.55～0.95mm。同心管由不銹鋼卡套4密封，組合而成噴嘴。
三、據(jù)權(quán)利一，多噴嘴噴頭由三個或多個噴嘴組成(見圖2B)。其特征在于各噴嘴內(nèi)外管經(jīng)多路接頭接到總?cè)肟诠?。流路為超臨界CO2經(jīng)2走內(nèi)路，、溶液由1走外路。亦可相反，即超臨界CO2走外路，溶液走內(nèi)路，同時并流，在予混處瞬間混合后，高速流出噴嘴而霧化，產(chǎn)物沉積析出。超臨界CO2與溶液流速比為100±30∶1。
四、據(jù)權(quán)利一，在特定的條件下，可以制造出多種納米材料，其特征為當(dāng)霧化噴嘴尺寸為不銹鋼毛細管內(nèi)徑0.05mm，外徑0.5mm，外管外徑2.0mm，內(nèi)徑0.55mm，噴嘴內(nèi)焊長4mm，內(nèi)徑0.1mm管。超臨界CO2走外管，流速500毫升/分；溶液走內(nèi)管，流速5毫升/分。流速比100∶1。溶液為5％胰島素聚乳酸二氯甲烷-二甲基甲砜混合溶液。溫度34℃，壓力13MPa，可以制出自由流動粒徑0.5μm緩釋微球，生物活性100％。
五、據(jù)權(quán)利四，當(dāng)溫度改為50℃，壓力18MPa，使用5％銀杏黃酮、萜內(nèi)脂乙醇溶液，其它條件不變，可以制出粒徑0.8μm，淺黃色自由流動固體，產(chǎn)品可用于靜脈注射、皮下注射和氣霧劑。
六、據(jù)權(quán)利四，當(dāng)溫度為35℃，壓力10MPa，其余條件不變，用1％硝酸亞鈷丙酮溶液，可以制出自由流動、粒徑200nm，粉紅色粉末，作為無機染料。
全文摘要
一種制造納米材料的超臨界CO
文檔編號A61K9/14GK1314146SQ0110187
公開日2001年9月26日 申請日期2001年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者孫傳經(jīng), 孫云鵬 申請人:孫傳經(jīng)