聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法及该活性碳纤维的应用与流程

本发明涉及医疗器材技术领域，尤其涉及聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法及该活性碳纤维的应用。

背景技术：

活性碳纤维的吸附能力是其活化后，表面微孔增加，通过增加比表面积提高分子间的作用力实现的。传统的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法如专利申请200510151333.9一种活性炭纤维及其制备方法，以及专利申请201210271045.3聚丙烯腈基碳纤维、制备方法以及应用、专利申请201110244725.1聚丙烯腈基碳纤维的制备方法所述，均采用单一单体聚丙烯制备。聚丙烯腈基活性碳纤维具有良好的吸附性，但是其在碳化过程中会释放氰化氢、一氧化碳等污染源。

壳聚糖是一种生物相容性强、天然、无污染的吸附剂，其碳化过程不会产生有害物质，专利申请201210464890.2氮掺杂壳聚糖基活性炭及其制备方法介绍了壳聚糖碳化的方式，由于其碳化后表面产生大量的微孔，具有良好的吸附性。将壳聚糖与聚丙烯腈共混制备活性碳复合纤维具有重要的现实意义。

血液过滤器如专利申请201520800545.0公开的输血过滤器、201520800607.8公开的血液白细胞过滤装置、专利申请201520100865.5公开的一种用于肾透析的血液过滤装置所述，均包括外壳、设置在外壳内部空腔的过滤组件、以及与外壳连通的进液管、出液管。血液从进液管流入，经过滤组件过滤后，从出液管中流出。

现有技术的血液过滤器存在以下不足之处：（1）外壳多为一体成型结构，如热合成型，与其内部的过滤装置同时出售，使用时，若内部过滤装置破损或过滤失效，则需要整体更换；（2）血液在外壳内部空腔的流通路径较短，导致过滤时间短、存在过滤不充分的隐患；（3）现有技术的输血过滤器其外壳的材质多为树脂薄膜，受外力易被挤破。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供吸附性能好、减少碳化过程中对环境的危害、便于拆卸、增加血液在过滤装置中的流通路径、延长过滤时间的聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法及该活性碳纤维的应用。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚丙烯腈原丝在氧化炉中进行三级热处理预氧化：一级热处理的温度为80~235℃、处理时间为30~50min、氧化炉的含氧量为15~25v%；二级热处理的温度为235℃~275℃、处理时间为20~30min，氧化炉的含氧量为3~7v%；三级热处理的温度为275℃~310℃、处理时间为15~30min，氧化炉的含氧量为0~1v%；

（2）将预氧化后的聚丙烯腈丝进行二级无氧碳化处理；在氮气环境，于600~900℃碳化30~60min；在氮气与水蒸气体积比1:1的环境，于700~1000℃活化60~200min。

优选地，所述聚丙烯腈原丝由溶液纺丝法制备，并通过包括牵伸、中和、上油、干燥后，制得原丝；纺丝液包括聚丙烯腈树脂、壳聚糖、NaSCN水溶液、乙酸水溶液；将壳聚糖溶于2wt%的乙酸水溶液中，壳聚糖的浓度为1~2wt%；将聚丙烯腈树脂溶于50%的NaSCN水溶液中，聚丙烯腈的浓度为10~12wt%；将壳聚糖/乙酸水溶液按照质量比1:2~5逐滴入聚丙烯腈/NaSCN水溶液中，配制纺丝液。

基于上述的聚丙烯腈基活性碳纤维的血液过滤器，包括过滤装置、外壳、进液管、出液管；所述过滤装置收容在所述外壳的内部空腔中；所述进液管、出液管设置在所述外壳上并与所述外壳的内部空腔连通；

所述外壳包括对开的第一壳体、第二壳体；所述第一壳体、第二壳体相互能卡合形成所述外壳；所述过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置；所述第一过滤装置包括第一收容体、第一活性碳纤维过滤层；所述第一过滤装置上设置有第一进液口、第一出液口；所述第一进液口与所述进液管连通；所述第一收容体的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层；所述第二过滤装置包括第二收容体、第二活性碳纤维过滤层、导向管；所述第二收容体上设置有第二进液口、第二出液口；所述第二进液口的外侧与所述第一出液口连通，所述第二进液口的内侧与所述导向管的进口端连通，所述导向管的出口端靠近所述第二出液口；所述第二活性碳纤维过滤层设置在所述第二收容体的内部空腔中；所述导向管呈蛇形状，从外层至内层依次包括管体层、活性碳纤维过滤层；所述管体层的侧壁上开设有导料口。

优选地：所述血液过滤器还包括 U形管，所述U形管的中间段伸出所述外壳且设置有第一阀门；所述U形管的两端均伸入至所述外壳的内部空腔中，其一端与所述第一出液口连通，其另一端与所述第二进液口的外侧连通；在所述第一收容体上还设置有血液检测管，所述血液检测管的一端与所述第一收容体的内部空腔连通，所述血液检测管的另一端伸出所述外壳且设置有第二阀门。

优选地：所述第一收容体、第二收容体均包括开口箱体、插板；沿着所述开口箱体的开口区域的内壁开设有与插板配合的环形导槽， 所述环形导槽中的一边与外壳的内部空腔导通；所述插板通过所述环形导槽中导通的一边插合在所述开口箱体的开口区域上，形成密封结构。

优选地：在所述环形导槽的内壁上中设置有密封条；在所述插板的外表面设置有滑槽。

优选地：在所述外壳的内部空腔中设置有限位板，所述限位板用以限定所述第一过滤装置、第二过滤装置的位置。

优选地：所有管子的接口处均设置有橡胶密封套。

本发明的优点在于：

本发明采用壳聚糖、聚丙烯腈共混，通过预氧化、活化等处理，得到活性碳纤维。本发明的活性碳纤维使用壳聚糖代替部分聚丙烯腈，降低了纯聚丙烯腈碳化过程污染环境的不足。

本发明通过设置多组过滤装置、特别是通过导向管延长血液在过滤过程中的流通路径、延长过滤时间，达到充分过滤的技术效果。由于，本发明将第一过滤装置、第二过滤装置收容在第一壳体、第二壳体拼合成的外壳中，利用外壳进行保护，防止第一过滤装置、第二过滤装置受外力破裂。另外，由于。第一壳体、第二壳体采用卡合的连接方式，在保证结合牢固的基础上，便于第一过滤装置、第二过滤装置的更换。

由于不同的血液所需要的过滤强度不同，若所有血液均采用上述的过滤方式，则第二过滤装置可能处于无效工作的状态。通过设置U形管、血液检测管，当血液经过第一过滤装置过滤后，工作人员开启第二阀门、关闭第一阀门；此时，血液从血液检测管流出，通过检测血液，判断其是否符合要求，若符合要求，则无需经第二过滤装置处理；若不符合要求，则开启第一阀门、关闭第二阀门，经第二过滤装置继续过滤。

附图说明

图1为本发明中第一过滤装置、第二过滤装置安装在第一壳体状态下的结构示意图。

图2为本发明中导向管的横截面结构示意图。

图3为本发明中第一壳体的结构示意图。

图4为本发明中导向管的结构示意图。

图5为本发明中将塑料网层胶合在管体层状态下的结构示意图。

图6为本发明中第一过滤装置为球形结构时，其安装在第一壳体状态下的结构示意图。

图7为本发明中第一壳体、第二壳体在拼合状态下的结构示意图。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合实施例对其作进一步说明。

实施例1

聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚丙烯腈原丝在氧化炉中进行三级热处理预氧化：一级热处理的温度为80~235℃、处理时间为30~50min、氧化炉的含氧量为15~25v%；二级热处理的温度为235℃~275℃、处理时间为20~30min，氧化炉的含氧量为3~7v%；三级热处理的温度为275℃~310℃、处理时间为15~30min，氧化炉的含氧量为0~1v%；

（2）将预氧化后的聚丙烯腈丝进行二级无氧碳化处理；在氮气环境，于600~900℃碳化30~60min；在氮气与水蒸气体积比1:1的环境，于700~1000℃活化60~200min。

实施例2

聚丙烯腈/壳聚糖基活性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制纺丝液：将壳聚糖溶于2wt%的乙酸水溶液中，壳聚糖的浓度为1~2wt%；将聚丙烯腈树脂溶于50%的NaSCN水溶液中，聚丙烯腈的浓度为10~12wt%；将壳聚糖/乙酸水溶液按照质量比1:2~5逐滴入聚丙烯腈/NaSCN水溶液中；

（2）经湿法纺丝、凝固后，得初生丝；

（3）水浴牵伸，水浴温度为10~30℃，牵伸倍数为1~2；

（4）去离子水淋洗，水温为40~50℃；

（5）80~90℃水浴牵伸，牵伸倍数为2~3；

（6）80~90℃离子水淋洗中和直至中性；

（7）上油、干燥致密处理，得原丝；

（8）将原丝在氧化炉中进行三级热处理预氧化：一级热处理的温度为80~235℃、处理时间为30~50min、氧化炉的含氧量为15~25v%；二级热处理的温度为235℃~275℃、处理时间为20~30min，氧化炉的含氧量为3~7v%；三级热处理的温度为275℃~310℃、处理时间为15~30min，氧化炉的含氧量为0~1v%；

（9）将预氧化后的丝进行二级无氧碳化处理；在氮气环境，于600~900℃碳化30~60min；在氮气与水蒸气体积比1:1的环境，于700~1000℃活化60~200min。

实施例3

如图1、2、4、7所示，本实施例公开一种基于上述活性碳纤维的血液过滤器，包括对开的第一壳体1、第二壳体2、过滤装置、进液管3、出液管4。第一壳体1、第二壳体2相互能卡合形成外壳。过滤装置收容在外壳的内部空腔中。进液管3、出液管4设置在外壳上并与外壳的内部空腔连通。

具体地，本发明在第一壳体1开口边缘设置有卡口11，在第二壳体2开口边缘设置有与卡口11配合的凸起。当然，本发明也可以使用其他现有技术下的卡合固定方式。本发明的第一壳体1、第二壳体2可以采用塑胶材料制备成盒体或者箱体结构。

过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置。第一过滤装置包括第一收容体51、第一活性碳纤维过滤层52。第一收容体51设置有第一进液口、第一出液口。第一进液口与进液管3连通。第一收容体51的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层52。

第二过滤装置包括第二收容体61、第二活性碳纤维过滤层62、导向管63。第二收容体61上设置有第二进液口、第二出液口。第二进液口的外侧与第一出液口连通，第二进液口的内侧与导向管63的进口端连通，导向管63的出口端靠近第二出液口。第二活性碳纤维过滤层62设置在第二收容体61的内部空腔中。导向管63呈蛇形状。导向管63从外层至内层依次包括管体层632、活性碳纤维过滤层633，管体层632的侧壁上开设有导料口631。

本发明的第一活性碳纤维过滤层52、第二活性碳纤维过滤层62可以为活性碳纤维毡或者堆叠结构的活性碳纤维层，也可以是其他现有技术的活性碳纤维吸附结构。

待过滤的血液通过泵或其他输入装置从本发明的进液管3流入至第一进液口，从而流入至第一收容体51的内部空腔中，经第一活性碳纤维过滤层52过滤后，从第一出液口流出，再从第二进液口流入至导向管63的进液端，在导向管63中，部分血液经过活性碳纤维过滤层633过滤后，通过导料口631流入至第二活性碳纤维过滤层62，再次过滤后，从出液管4流出；另一部分血液从导向管63的出口端流出，再流入至第二活性碳纤维过滤层62，再次过滤后，从出液管4流出，完成血液过滤工作。

本发明通过设置多组过滤装置、特别是通过导向管63延长血液在过滤过程中的流通路径、延长过滤时间，达到充分过滤的技术效果。由于，本发明将第一过滤装置、第二过滤装置收容在第一壳体1、第二壳体2拼合成的外壳中，利用外壳进行保护，防止第一过滤装置、第二过滤装置受外力破裂。另外，由于第一壳体1、第二壳体2采用卡合的连接方式，在保证结合牢固的基础上，便于第一过滤装置、第二过滤装置的更换。

实施例4

如图1、2、4、7所示，本实施例公开一种基于活性碳纤维的血液过滤器，包括对开的第一壳体1、第二壳体2、过滤装置、进液管3、出液管4。第一壳体1、第二壳体2相互能卡合形成外壳。过滤装置收容在外壳的内部空腔中。进液管3、出液管4设置在外壳上并与外壳的内部空腔连通。

过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置。第一过滤装置包括第一收容体51、第一活性碳纤维过滤层52。第一过滤装置上设置有第一进液口、第一出液口。第一进液口与进液管3连通。第一收容体51的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层52。

第二过滤装置包括第二收容体61、第二活性碳纤维过滤层62、导向管63。第二收容体61上设置有第二进液口、第二出液口。第二进液口的外侧与第一出液口连通，第二进液口的内侧与导向管63的进口端连通，导向管63的出口端靠近第二出液口。第二活性碳纤维过滤层62设置在第二收容体61的内部空腔中。导向管63呈蛇形状，其侧壁上开设有导料口631。导向管63从外层至内层依次包括管体层632、活性碳纤维过滤层633。

血液过滤器还包括 U形管7，U形管7的中间段伸出外壳且设置有第一阀门9。U形管7的两端均伸入至外壳的内部空腔中，其一端与第一出液口连通，其另一端与第二进液口的外侧连通。在第一收容体51上还设置有血液检测管8，血液检测管8的一端与第一收容体51的内部空腔连通，血液检测管8的另一端伸出外壳设置有第二阀门10。

由于不同的血液所需要的过滤强度不同，若所有血液均采用实施例1的过滤方式，则第二过滤装置可能处于无效工作的状态。本实施例通过设置U形管7、血液检测管8，当血液经过第一过滤装置过滤后，工作人员开启第二阀门10、关闭第一阀门9；此时，血液从血液检测管8流出，通过检测血液，判断其是否符合要求，若符合要求，则无需经第二过滤装置处理；若不符合要求，则开启第一阀门9、关闭第二阀门10，经第二过滤装置继续过滤。

实施例5

如图1、2、3、4、7所示，本实施例公开一种基于活性碳纤维的血液过滤器，包括对开的第一壳体1、第二壳体2、过滤装置、进液管3、出液管4。第一壳体1、第二壳体2相互能卡合形成外壳。过滤装置收容在外壳的内部空腔中。进液管3、出液管4设置在外壳上并与外壳的内部空腔连通。

过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置。第一过滤装置包括第一收容体51、第一活性碳纤维过滤层52。第一过滤装置上设置有第一进液口、第一出液口。第一进液口与进液管3连通。第一收容体51的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层52。

第二过滤装置包括第二收容体61、第二活性碳纤维过滤层62、导向管63。第二收容体61上设置有第二进液口、第二出液口。第二进液口的外侧与第一出液口连通，第二进液口的内侧与导向管63的进口端连通，导向管63的出口端靠近第二出液口。第二活性碳纤维过滤层62设置在第二收容体61的内部空腔中。导向管63呈蛇形状，其侧壁上开设有导料口631。导向管63从外层至内层依次包括管体层632、活性碳纤维过滤层633。

本实施例第一收容体51、第二收容体61结构相同或类似，实施例对第一收容体51结构进行介绍，第二收容体61参照第一收容体51。

第一收容体51包括开口箱体511、插板513。沿着其开口箱体511的开口区域的内壁开设有与插板513配合的环形导槽512，环形导槽512中的一边与外壳的内部空腔导通。插板513通过环形导槽512中导通的一边插合在开口箱体511的开口区域上，形成密封结构。在环形导槽512的内壁上中设置有密封条（图中未画出）。在插板513的外表面设置有滑槽514。

本实施例通过将第一活性碳纤维过滤层52放置在开口箱体511上，再将插板513从第一收容体51上导通的一边插入，直至插板513重合于开口区域，实现快速安装的技术效果，另外，也能实现收容体中过滤装置的更换。另外，由于在环形导槽512的内壁上中设置有密封条，提高了插板513插合后的密封性。在板的外表面设置有滑槽514，便于推动插板513滑入或者滑出开口区域。

当然，本发明的第一收容体51、第二收容体61不限于本实施例介绍的结构。如若本发明的血液过滤器呈竖直放置，第一收容体51位于第二收容体61的上方，血液自上而下流动，则开口可以设置在第一收容体51、第二收容体61的顶部，通过盖板盖合即可。或者第一收容体51、第二收容体61也可以采用如密封薄膜、密封囊等其他现有技术。

如图6所示，本发明的第一收容体51还可以采用圆球结构，如在球状密封塑料壳或者密封薄膜内填充过滤层。

实施例6

如图1、2、4、7所示，本实施例公开一种基于活性碳纤维的血液过滤器，包括对开的第一壳体1、第二壳体2、过滤装置、进液管3、出液管4。第一壳体1、第二壳体2相互能卡合形成外壳。过滤装置收容在外壳的内部空腔中。进液管3、出液管4设置在外壳上并与外壳的内部空腔连通。

过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置。第一过滤装置包括第一收容体51、第一活性碳纤维过滤层52。第一过滤装置上设置有第一进液口、第一出液口。第一进液口与进液管3连通。第一收容体51的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层52。

第二过滤装置包括第二收容体61、第二活性碳纤维过滤层62、导向管63。第二收容体61上设置有第二进液口、第二出液口。第二进液口的外侧与第一出液口连通，第二进液口的内侧与导向管63的进口端连通，导向管63的出口端靠近第二出液口。第二活性碳纤维过滤层62设置在第二收容体61的内部空腔中。导向管63呈蛇形状，其侧壁上开设有导料口631。导向管63从外层至内层依次包括管体层632、活性碳纤维过滤层633。

在外壳的内部空腔中设置有限位板10，限位板10用以限定第一过滤装置、第二过滤装置的位置。

通过设置限位板10，稳定第一过滤装置、第二过滤装置的相对位置，防止错位移动。

另外，本发明的各个实施例中各个管子的接口处均设置有橡胶密封套1001。为了方便各个部件的安装，本发明的各个管子、液口均可以采用具有弹性、形变能力的塑料制备，如塑料软管。限位板10也可以用具有弹性、形变能力的塑料制备。

实施例7

如图1、2、4、7所示，本实施例公开一种基于活性碳纤维的血液过滤器，包括对开的第一壳体1、第二壳体2、过滤装置、进液管3、出液管4。第一壳体1、第二壳体2相互能卡合形成外壳。过滤装置收容在外壳的内部空腔中。进液管3、出液管4设置在外壳上并与外壳的内部空腔连通。

过滤装置包括第一过滤装置、第二过滤装置。第一过滤装置包括第一收容体51、第一活性碳纤维过滤层52。第一过滤装置上设置有第一进液口、第一出液口。第一进液口与进液管3连通。第一收容体51的内部空腔设置有第一活性碳纤维过滤层52。

第二过滤装置包括第二收容体61、第二活性碳纤维过滤层62、导向管63。第二收容体61上设置有第二进液口、第二出液口。第二进液口的外侧与第一出液口连通，第二进液口的内侧与导向管63的进口端连通，导向管63的出口端靠近第二出液口。第二活性碳纤维过滤层62设置在第二收容体61的内部空腔中。导向管63呈蛇形状，其侧壁上开设有导料口631。如图2、5所示，导向管63从外层至内层依次包括管体层632、活性碳纤维过滤层633、塑料网层634。

本实施例通过将活性碳纤维过滤层633如活性碳纤维过滤毡卷绕成管状塞入之管体中，再在活性碳纤维过滤层633中设置塑料网层634，将活性碳纤维过滤层633夹持在塑料网层634于管体之间，用以紧固活性碳纤维过滤层633。可以将塑料网层634分段点塑的方式与管体连接或者通过胶合剂635分段胶合。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。