[发明专利]一种具有血液相容性的多孔球形炭吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了属于材料制备技术领域的一种具有血液相容性的多孔球形炭吸附材料，所述多孔球形炭吸附材料为复合炭球；所述复合炭球由单层或多层的空心炭微球在粘结剂的作用下自组装而成；多级孔结构如下：一级为复合炭球表面通往内部的微米级辐射状孔通道，二级为复合炭球内部连接各大孔通道之间的亚微米级孔结构，一级和二级孔结构的孔壁均由空心炭微球和粘结剂复合而成，三级为组成复合炭球的空心炭微球自身的纳米级孔结构。本申请所述的多孔球形炭吸附材料对各类吸附物质均有良好的吸附性能，尤其对中、大分子毒素具有独特优异的吸附性能，同时其具备良好的血液相容性，在血液净化领域、水处理等吸附领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种具有血液相容性的多孔球形炭吸附材料及其制备方法。

背景技术

血液灌流是指将患者的血液通过特定设备引到体外，在体外循环系统中，借助血液灌流器中的吸附剂清除血液内各种患者无法代谢的毒素，尤其是血液透析无法清除的中、大分子毒素，这在尿毒症、急性中毒和免疫系统疾病的治疗中都起着不可替代的重要作用。目前在国内市场上主要是以活性炭为代表的血液灌流吸附剂，虽然具有较高的比表面积，但以2nm以下的微孔为主，对500Da-100000Da分子量的中、大分子毒素几乎不吸附或吸附能力极低，因此急需针对中、大分子毒素设计出孔结构相匹配的吸附剂，且需具有良好的血液相容性。

空心炭微球具有发达的孔结构，还具有良好的化学稳定性和热稳定性,有很多种制备方法，其中模板法是目前广泛被使用的，但现有合成过程中仍存在着一些不足：如模板制备过程繁琐，且分散不均匀；需要分多步精准添加表面活性剂、扩孔剂等；且制备出的空心炭微球多为球壁黏连，单分散性较差。而对于中、大分子的吸附而言，吸附效果的关键是空心炭微球壳层孔结构的调控以及中间空心区域大小的调控。尤其是壳层孔结构，它决定了被吸附物是否能进入空心区域。

空心炭微球一般为纳米或亚微米尺寸，为粉末堆积态，这种状态的吸附剂不能直接用于血液净化，血液不易通过，也难于分离，需要将其制备成宏观体。目前有报道采用石墨烯等二维材料与空心炭微球复合制备宏观体(Sep.Purif.Technol.2019，15，524)，然而在该方法中，一方面石墨烯因其大片状结构易将空心炭微球表面包覆，使炭微球发达的孔被封堵，空心炭微球仅起到了支撑骨架作用，其优异的吸附性能不能发挥；另一方面所制得的块状无规气凝胶不仅强度低，而且在实际血液灌流中血液很难从中间流过，会产生较大的压差，且尖锐的棱角等易破坏正常的细胞，导致血液相容性差等，无法在血液灌流中应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种具有血液相容性的多孔球形炭吸附材料，所述多孔球形炭吸附材料为复合炭球；所述复合炭球由单层或多层的空心炭微球在粘结剂的作用下自组装而成；

所述多孔球形炭吸附材料的多级孔结构为：一级为复合炭球表面通往内部的微米级辐射状孔通道，二级为复合炭球内部连接各大孔通道之间的亚微米级孔结构，一级和二级孔结构的孔壁均由空心炭微球和粘结剂复合而成，三级为组成复合炭球的空心炭微球自身的纳米级孔结构。

所述多孔球形炭吸附材料的复合炭球的比表面积为10m²/g-500m²/g，中孔孔容为0.01cm³/g～5.0cm³/g；所述复合炭球的粒径为100μm～10mm。

一种具有血液相容性的多孔球形炭吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将硅源前驱体和碳源前驱体混合，充分反应后分离，制得炭/硅复合微球，炭/硅复合微球为含碳聚合物/硅氧化物复合微球；炭/硅复合微球尺寸为纳米或亚微米级；进一步地，炭/硅复合微球尺寸为80-600nm；

2)炭/硅复合微球经炭化、刻蚀，得到空心炭微球；空心炭微球的壳层孔结构和空心区域的尺寸可调；空心炭微球的内核空心区域的半径与壳层厚度的比例为1:2～20:1，壳层孔结构为单一的中孔或微孔结构，或为兼具中孔、微孔的复合孔结构；