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南工大开发氙气在线回用新技术
中国化工报 周伟 / 时间:2019-12-18 22:27:20

中空纤维分子筛膜助力现代医疗麻醉

中国化工报12月18日讯 氙气这一麻醉药剂在临床中如何实现循环使用一直是个难题。日前,南京工业大学顾学红教授、王学瑞教授与荷兰代尔夫特理工大学Freek Kapteijn教授合作,开发出一种中空纤维分子筛膜在线回用氙气新技术,可实现氙气的循环使用,节约采购成本99%以上,同时也可极大缓解市场供应紧张问题。

“氙气作为麻醉药剂具有无毒副作用、器官保护、快速诱导和苏醒等方面的突出优势,在婴幼儿、孕妇等群体的手术麻醉中具有良好应用前景。目前氙气的唯一可开采性来源是空气,多级深冷精制工艺能耗较高,同时氙气在空气中的浓度极低,仅为0.087ppm,市场供应量也极为有限。即使全球生产的高纯度氙气都应用于医疗麻醉,可服务的临床病例也不超过80万人次。”顾学红先容说。
在临床手术的麻醉过程中,用作麻醉药剂的氙气被病人不断地吸进去再呼出来。而病人在麻醉过程中组织代谢仍正常进行,在呼吸氙气的同时也不断呼出二氧化碳。在这个闭路循环呼吸麻醉器械里,当二氧化碳的浓度积累到一定程度就会造成二氧化碳中毒。因此二氧化碳和氙气的混合气体必须定时排出去,更换新鲜的氙气。

“大家的工作就是要把分子筛膜放到麻醉闭路循环系统里,将麻醉过程中人体组织代谢产生的二氧化碳及时移走,这样氙气就可循环使用了,不需要更换新的氙气,从而降低麻醉过程中氙气的用量和麻醉成本。”王学瑞先容说。

分子筛膜是一类具有规整孔道结构的硅铝酸盐材料,有效孔径由分子筛的孔道结构决定,是气体分子间精密分离的理想膜材料。“此前分子筛膜已成功应用于有机溶剂与水的分离中,而将分子筛膜用于气体分离并实现大规模工业应用一直是亟待突破的瓶颈,也是目前学术界和产业界共同关注的焦点问题。”王学瑞先容,课题组提出的中空纤维分子筛膜用于现代医疗麻醉氙气在线回用新技术,为解决这一难题提供了有效途径。

课题组在研究中发现,气体分子在渗透通过分子筛膜时,二氧化碳分子“跑”得更快,它的渗透速度比氙气分子快两个数量级,且两者的吸附能力有强弱之分。王学瑞说明说:“在膜材料的设计和膜过程开发中,应该从膜材料对气体吸附能力的强弱和气体在材料中扩散的快慢两个角度着手,统筹考虑,从而达到膜材料应用性能的最优化。”

由于二氧化碳透过分子筛膜的速率比上氙气透过速率快两个数量级,氙气的回收率达99%以上,过程能耗仅为1.5美金/Nm3,相对于目前高昂的氙气市场价格(30000~60000美金/Nm3),该课题组开发的分子筛膜氙气在线回用技术具有明显的技术优势和经济优势。同时,该膜材料在模拟体系中连续运行300小时以上,性能保持稳定,有望开发新型的医疗麻醉器械。

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