Padidėjęs feniletanoidinių glikozidų adsorbcijos efektyvumas mezoporinėje anglyje

ĮVADAS

Cistanche tubulosa buvo Orobanchaceae parazitinis augalas (Li ir kt., 2016; Wang X. et al., 2017), daugiausia augo ant Tamarix augalų ir Calotropis rūšių šaknų (Zhang W. et al., 2016; Yan ir kt. al., 2017).Cistanche tubulosaiš pradžių buvo įrašytas Shen Nong kinų Materia Medica maždaug. 100 m. pr. Kr. Cistanche tubulosa augimui ir auginimui reikalingos sunkios aplinkos sąlygos, todėl jis buvo plačiai sodinamas sausringose ​​žemėse ir šiaurinio pusrutulio dykumose, tokiose kaip Sindziango provincijos, Vidinė Mongolija, Gansu, Činghajus ir Ningsijos autonominis regionas Kinijoje. (Jūs ir kt., 2016). Cistanche tubulosa buvo vertinga kinų tonizuojanti žolė, turinti inkstų maitinimo, senėjimo, kraujo esencijos ir storosios žarnos drėkinimo funkcijas (Gu ir kt., 2016; Shimada ir kt., 2017); Cui ir kt., 2018), ir jis turi b„Dykumos ženšenis“ (Song ir kt., 2016; Wang ir kt., 2018). Cistanche tubulosa buvo oficialiai įrašytas į Kinijos farmakopėją kaip autentiškas šaltinisCistanches Herba(kiniškas pavadinimas: Roucon-strong) iš 2005 m. leidimo (Wang T. ir kt., 2016; Pei ir kt., 2019).

NATŪRALUS CISTANCHE TUBULOSA LYTINEI FUNKCIJAI GERINTI PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Ankstesni tyrimai atskleidė keletą pagrindinių cheminių Cistanche tubulosa sudedamųjų dalių, įskaitant PhG, iridoidus ir polisacharidus (Li ir kt., 2018a). PhG struktūras daugiausia sudarė cinamono rūgštis ir feniletilo alkoholis, kurie buvo prijungti prie gliukopiranozės per esterius ir glikozidinius ryšius (Luo ir kt., 2010), o PhG buvo laikomi pagrindiniais aktyviais Cistanche tubulosa komponentais, turinčiais įvairių rūšių. farmakologinė veikla (Liao ir kt., 2018). Tyrimas parodė, kad PhG turi įvairių gydomųjų savybių, tokių kaip neuroprotekcija, imuninės sistemos reguliavimas, priešuždegiminė, kepenų apsauga ir antioksidantas (Aiello ir kt., 2015; Shiao ir kt., 2017; Wu ir kt., 2018, 2019). Remiantis fitocheminiais vertinimais, tokie PhG kaipechinakozidas ir akteozidasbuvo laikomi pagrindiniais aktyviais Cistanche tubulosa komponentais ir žymenimis (Li ir kt., 2017b), kurie dažniausiai buvo pasirenkami kaip žymeniniai junginiai Cistanche tubulosa kokybei įvertinti ir pagal šiuos junginius buvo išskiriamos Cistanche rūšys. PhG buvo natūraliai atsirandantys vandenyje tirpūs junginiai, nes jų molekulėje buvo daug hidroksilo grupių ir fenolio hidroksilo grupių. Taigi, PhGs gali būti atskirtos nuo Cistanche tubulosa vandeniniame tirpale.

Buvo sukurta daug natūralių produktų atskyrimo ir gryninimo metodų, įskaitant adsorbciją (Liu ir kt., 2016), membraninį atskyrimą (Zhang ir kt., 2018b; Li ir kt., 2019) ir ekstrakciją tirpikliu ir pan. ir kt., 2015a,b; Wang S. ir kt., 2016; Tačiau membranos atskyrimas ir ekstrahavimas tirpikliu nebuvo tinkami didelio masto paruošimui ir buvo sunku pasiekti didelį produktų išgavimą (Zhang ir kt., 2018a). Adsorbcija buvo vienas plačiausiai taikomų natūralių produktų atskyrimo metodų (Wang S. ir kt., 2016; Konggidinata ir kt., 2017). Dėl savo unikalių ir derinamų porų struktūrų, didelio paviršiaus ploto ir mechaninio stabilumo įrodyta, kad mezoporinės anglies (porų dydis nuo 2 iki 50 nm) yra veiksmingi adsorbciniai natūralių produktų adsorbentai. Tyrimas parodė, kad mezoporinės anglies junginiai buvo tinkamesni makromolekulėms adsorbuoti, pvz., mezoporines anglis naudojo Qin ir kt. chlorogeninės rūgšties iš eucommia ulmoides lapų praturtinimui (Qin ir kt., 2018). Li ir kt. hidroterminio apdorojimo metodu susintetino dvi mezoporines anglies medžiagas ir įvertino dviejų mezoporinių angliavandenių adsorbcijos efektyvumą berberino hidrochloridui ir jūriniam iš vandens (Li ir kt., 2018b). Tai buvo laikoma perspektyvia medžiaga kaip labai efektyvus adsorbentas (Zhang ir kt., 2013; Tian ir kt., 2015; Zhou ir kt., 2016). Be to, mezoporinės anglies taip pat buvo naudojamos adsorbciniam aromatinių junginių, dažiklių ir sunkiųjų metalų pašalinimui iš nuotekų (Kong ir kt., 2016). Anksčiau publikuotuose darbuose Liu ir kt. naudojo makroporinę dervą PhG adsorbavimui iš Cistanche tubulosa, o PhG grynumas padidėjo, tačiau adsorbcijos pajėgumas ir desorbcijos greitis buvo žemi. Palyginti su makroporine derva, mezoporinės anglies savybėmis buvo didelis specifinis paviršiaus plotas, tinkamas porų dydis ir didelis porų tūris. Todėl mezoporinė anglis buvo laikoma labai efektyviu PhG adsorbentu. Šiame tyrime trys mezoporinės anglies rūšys buvo pasirinktos kaip adsorbentai PhG atskyrimui ir gryninimui iš Cistanche tubulosa.

Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti CMK{0}} adsorbcijos efektyvumą, kad būtų galima atskirti ir išvalyti PhG iš Cistanche tubulosa. Buvo ištirtas skirtingų koncentracijų, pH ir temperatūros poveikis CMK- 3 adsorbcijos veikimui ir atrinktos optimalios PhG adsorbcijos sąlygos. Mezoporinės anglies buvo apibūdintos FT-IR, BET, TEM ir TGA, buvo atliktos ir išsamiai išanalintos adsorbcijos izotermos ir kinetika.

NATŪRALUS CISTANCHE TUBULOSA LYTINEI FUNKCIJAI GERINTI PHGS75% ECH 30% ACT 12%

EKSPERIMENTAI

Medžiagos ir reagentai

Cistanche tubulosa stiebas buvo nupirktas iš Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Sindziangas). Standartaiechinakozidas(grynumas didesnis nei 98%) ir akteozidas (grynumas didesnis nei 98%) buvo įsigyti iš Sunny Biotech Co., Ltd. (Šanchajus). HLPC acetonitrilas, metanolis ir acto rūgštis buvo įsigyti iš Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Šanchajus). Analitinio grynumo etanolis buvo pirktas iš Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjinas). Užsakyta mezoporinė anglis (CMK-3), netvarkinga mezoporinė anglis (DMC) ir trimatė kubinė mezoporinė anglis (CMK-8) buvo įsigytos iš Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nandzingas).

Charakteristika

Paruoštų mėginių morfologija ir mikrostruktūros buvo ištirtos naudojant Transmisijos elektronų mikroskopiją (TEM, Tecnai G2 F20), veikiančią 200 KV. TEM mėginiai buvo paruošti aplinkos sąlygomis, nusodinant etanolio tirpalo lašelius su mezoporinėmis medžiagomis ant anglies plėvelių, paremtų Cu tinkleliais. Paprastai, siekiant padidinti mikroskopo skiriamąją gebą, buvo pasirinktas trumpesnio bangos ilgio šviesos šaltinis ir galima stebėti mezoporinių anglies struktūrą. Paviršiaus funkcinės grupės buvo kokybiškai išmatuotos Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija (FT-IR, AVATAR360), naudojant infraraudonosios spinduliuotės ir medžiagos molekulių sąveiką. FT-IR naudoja susilpninto viso atspindžio metodo testą, sąlygos buvo 2 cm–1 žingsnio dydis, o nuskaitymo diapazonas buvo 4, 000–400 cm–1. Fizinės struktūros duomenys, tokie kaip specifinis paviršiaus plotas, porų dydis ir mezoporinių anglies porų tūris, apskaičiuoti Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Adsorbento procedūra buvo tokia: mezoporinės anglies dujos buvo degazuojamos 60 °C temperatūroje 12 valandų, o N2 adsorbcijos ir desorbcijos kreivės buvo išbandytos –196 °C temperatūroje, siekiant apskaičiuoti specifinį paviršiaus plotą, porų dydį ir porų tūrį. mezoporinė anglis. Termogravimetrinis analizatorius (TGA, STA 449 F3) yra prietaisas, kuris naudoja termogravimetriją medžiagos temperatūros ir masės santykiams aptikti, o TGA matuoja medžiagos masę kaip temperatūros funkciją pagal programos temperatūrą. TGA duomenys buvo gauti naudojant TGA, esant temperatūrai nuo 30 iki 800 °C, kaitinant 10 °C/min greičiu oro atmosferoje.

HPLC analizė

Echinakozido ir akteozido kiekis buvo aptiktas didelio efektyvumo skysčių chromatografijos būdu (HPLC, Waters Co., JAV). Sistema apėmė automatinį mėginių ėmiklį, aukšto slėgio siurblį ir ultravioletinių (UV) detektorių. Analizė buvo atlikta naudojant simetrijos C18 kolonėlę (100Å, 5 µm, 4,6 × 250 mm). HPLC naudojo gradiento eliuavimo metodą mėginiams atskirti ir aptikti. Įpurškimo kilpos tūris buvo 10 µm, kolonėlės temperatūra 30°C, UV spektrofotometro aptikimo bangos ilgis 330 nm, tėkmės greitis 1 ml/min., judanti fazė – (A) acetonitrilas ir (B) acto rūgštis. rūgštis/vanduo (1:44, v/v).

Adsorbcijos pusiausvyra

CMK{0}} adsorbcijos sąlygos optimizavimo eksperimentas buvo atliktas naudojant mišinįakteozidas ir enchanozidasir optimaliomis sąlygomis neapdorotas Cistanche tubulosa ekstraktas buvo atliktas adsorbcijos ciklo eksperimente ir visi adsorbcijos eksperimentai buvo pakartotinai atlikti bent 3. Toje pačioje eksperimentų partijoje CMK-8 ir DMC mezoporinės anglies junginiai buvo vykdomi lygiagrečiai su CMK-3. Trijų rūšių mezoporinės anglies (CMK- 3, DMC ir CMK-8) po 10 mg buvo atitinkamai įpilta į tris butelius. Tada į butelį įpilta 15 ml mėginio tirpalo, kurio pradinė koncentracija C0 (mg/mL). Butelis buvo dedamas į pastovios 30 °C temperatūros kratytuvą 24 valandoms, kol buvo pasiekta adsorbcijos pusiausvyra. Tada 1 ml adsorbcijos tirpalo buvo filtruojama per 0,22 µm filtrą ir mėginio tirpalo pusiausvyros koncentracija Ce (mg/mL) buvo nustatyta HPLC metodu.

Desorbcijos eksperimentas

Tada buvo atliktas mezoporinės anglies desorbcijos eksperimentas. Adsorbuota mezoporinė anglis po 15 ml metanolio/acto rūgšties (9:1, v/v) mišinio tirpalo, kuris 1 valandai buvo patalpintas į ultragarso vandens vonią 3 0◦C temperatūroje. Prieš analizuojant HPLC, gautas desorbcijos tirpalas filtruojamas 0,22 um filtru.

Adsorbcijos geba qe (mg/ml) buvo įvertinta taip:

čia V – tirpalo tūris (mL), o W – mezoporinių anglies anglies masė (g).

REZULTATAI IR DISKUSIJA

Charakteristika

1 paveiksle parodytas trijų mezoporinių anglies rūšių TEM. DMC buvo netvarkingas akytas tinklas, CMK-8 buvo trimačio porėto tinklo struktūra, o CMK-3 buvo dryžuota struktūra su tvarkingomis vienos dimensijos poromis, kuri buvo panaši į pateiktus rezultatus (Wang ir kt., 2006; Luo ir kt., 2010).

2 paveiksle parodytas mezoporinių anglių (CMK-3, DMC ir CMK-8) FT-IR spektras ir FT-IR spektras prieš ir po CMK-3 adsorbcijos. Iš 2A paveikslo matyti, kad funkcinės grupės ant mezoporinių anglies paviršių daugiausia buvo deguonies. Bendros trijų rūšių mezoporinių anglies spektrų formos buvo panašios. Mezoporinės anglies smailės juosta buvo 3 423 cm-1, atsižvelgiant į OH tempimo vibracijos juostą. Juostos, esančios 1 580 ir 1 629 cm−1 srityje, atitinka karbonilo ir karboksilo C=O tempimo virpesius. Be to, nustatyta, kad smailė, esanti ties 1384 cm-1, yra tempimo virpesiai alkoholio CO, o tempimo vibracija ties 2922 ir 2852 cm-1 atitinka atitinkamai metileno ir metilo grupių CH. Tai parodė, kad deguonies turinčios grupės, esančios mezoporinių anglies paviršiuose, gali sukelti silpną cheminę sąveiką tarp PhG molekulių ir mezoporinių anglies.

2B paveiksle pavaizduoti CMK-3 FT-IR spektrai prieš ir po adsorbcijos, akteozido ir enchanozido. Būdinga 1 697 cm−1 smailė, gauta iš olefino C= C akteozide ir enchanozide, o juostos, esančios 1 519–1 423 cm−1 srityje, atitiko aromatinio žiedo C{ tempimo vibracijos smailę. {12}}C akteozide ir enchanozide. Tempimo vibracija ties 1604 cm−1 buvo C=O jungtis, o smailę ties 1157 cm−1 sukėlė eterio jungties tempimo vibracija akteozide ir enchanozide. Palyginti su CMK-3 FT-IR spektru prieš adsorbciją, CMK-3 FT-IR spektre po adsorbcijos atsirado naujos smailės, kurios priklausė būdingoms akteozido ir enchanozido smailėms.

N2 adsorbcijos-desorbcijos izotermos buvo svarbus parametras PhG adsorbcijai ant CMK-3 ir adsorbento struktūros palyginimui. 3 paveiksle parodytos CMK-3, CMK-8, DMC ir CMK-3 N2 adsorbcijos-desorbcijos izotermos atitinkamai po PhG adsorbcijos. Kaip matyti iš 3 paveikslo, mezoporinių anglies izoterma buvo panaši į IV tipo izotermą, nes šio tipo izoterma daugiausia buvo mezoporinė, kurioje porų dydžio diapazonas buvo nuo 2 iki 50 nm (Sanz Pérez ir kt. , 2019). Tarpas tarp adsorbcijos ir desorbcijos izotermos buvo vadinamas histerezės kilpa, kurią sukelia kapiliarinės kondensacijos reakcija. Kapiliarinės kondensacijos reakcijose kapiliarinė kondensacija pirmiausia atsiranda mažiausiose porose (Barsotti ir kt., 2016). Tai rodo, kad CMK-3 mezopora buvo mažesnė nei DMC ir CMK-8, o tai atitiko 1 lentelės rezultatus. CMK-3 izoterma rodo H1 histerezės kilpą, kuri buvo rodo greitą porų prisipildymą, susijusį su kapiliarų kondensacija, o CMK-3 porų struktūra buvo pakankamai tvarkinga. DMC izotermoje yra H3 histerezės kilpa, šio tipo histerezės poros buvo netvarkingos dėl porų tinklo, kuris sukėlė neapibrėžtą akytojo adsorbento struktūrą. CMK-8 izotermose yra H2 histerezės kilpa, o tai rodo, kad porų struktūra buvo sudėtinga ir porų dydžio pasiskirstymas buvo netolygus.

CMK-3 N2 adsorbcijos-desorbcijos izotermos buvo palygintos prieš ir po PhG adsorbcijos. CMK-3 izoterma po adsorbcijos taip pat buvo panaši į IV tipo izotermą 3B paveiksle. Nurodė, kad CMK{6}} po adsorbcijos išlaikė savo mezoporinę struktūrą. Kaip matyti iš 1 lentelės, CMK-3 savitasis paviršius ir porų tūris po adsorbcijos smarkiai sumažėjo, CMK -3 savitasis paviršiaus plotas prieš ir po adsorbcijos sumažėjo nuo 1,{{18 }}98,02 iki 227,75 m2 /g, o porų tūris sumažėjo nuo 1,32 iki 0,42 cm3 /g. Nurodė, kad PhG molekulės buvo adsorbuotos ant CMK{21}}.

Table 1 summarizes the BET-specific surface area, pore volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK-3.

4 paveiksle parodytos trijų mezoporinių anglies rūšių (CMK-3, CMK-8 ir DMC) TGA kreivės. Kaip matyti iš 4 paveikslo, visos trys mezoporinės anglies rūšys turi du skirtingus masės praradimo etapus: pirmasis masės praradimo etapas įvyko dėl drėgmės išgaravimo mezoporinėse anglies medžiagose iki 100 ◦C, antroji masės praradimo stadija. CMK- 3, DMC ir CMK-8 apytiksliai susidaro atitinkamai 660, 427 ir 615 °C temperatūroje, o tai atitinka oksidacinį terminį mezoporinių anglies medžiagų skilimą. Matyti, kad CMK-3 terminio skilimo temperatūra buvo aukštesnė nei CMK-3 ir CMK-8, o CMK-3 terminis stabilumas buvo geresnis nei CMK -8 ir DMC.

Trijų mezoporinių angliavandenių adsorbcijos efektyvumo palyginimas Kadangi trys adsorbentai daugiausia sudaryti iš anglies, buvo manoma, kad PhG ir mezoporinių anglių adsorbcijos sąveika yra tokia pati. Todėl buvo manoma, kad adsorbcijos efektyvumo skirtumas atsirado dėl mezoporinių anglies fizinės struktūros skirtumo. 2 lentelėje parodytas trijų rūšių mezoporinių anglių adsorbcijos efektyvumas. Iš 2 lentelės matyti, kad visos trys mezoporinės anglies rūšys gali adsorbuoti PhG, o CMK-3 adsorbcija buvo geresnė nei CMK-8 ir DMC. Tai rodo, kad mezoporinių anglies porų dydis buvo didesnis nei PhGs molekulių, o porų dydis nebuvo pagrindinis veiksnys, turintis įtakos trijų mezoporinių anglių adsorbcijos gebėjimui. CMK-3 adsorbcijos pajėgumas ir desorbcijos greitis buvo atitinkamai iki 189,37 mg/g ir 94,96 %. CMK-3 adsorbcijos pajėgumas buvo didesnis nei CMK-8. Kadangi CMK-3 porų tūris ir specifinis paviršiaus plotas buvo didesni nei DMC ir CMK-8, tai rodo, kad porų tūris ir specifinis paviršiaus plotas buvo pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos adsorbcijos našumui.

Adsorbcijos sąlygų optimizavimas CMK{0}} adsorbcijos eksperimento optimizavimas buvo atliktas naudojant abiejųakteozidas ir enchanozidas. Temperatūra, pH ir koncentracija buvo pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką CMK{0}} adsorbcijos veikimui. Taigi buvo ištirtas šių trijų įtaką darančių veiksnių poveikis CMK{1}} adsorbcijos veikimui.

Mėginio koncentracijos poveikis CMK adsorbcijos našumui{0}}

Mėginio koncentracijos įtaka CMK{{0}} adsorbcijos veiksmingumui parodyta 5 paveiksle. Didėjant koncentracijai, didėja adsorbcijos pajėgumas. Adsorbcijos geba nebedidėja didėjant mėginio koncentracijai, kai mėginio koncentracija buvo 0,41 mg/g. Esant mažoms pradinėms mėginio koncentracijoms, adsorbuojančių aktyvių vietų pakako palyginti nedideliam PhGs molekulių kiekiui adsorbuoti. Priešingai, esant didelei pradinei mėginio koncentracijai, fiksuotas aktyvių vietų kiekis adsorbentuose negalėjo adsorbuoti, padidindamas PhG molekulių kiekį. Taigi, CMK-3 adsorbcijos gebėjimas PhGs molekulėms yra subalansuotas.

NATŪRALUS CISTANCHE TUBULOSA LYTINEI FUNKCIJAI GERINTI PHGS75% ECH 30% ACT 12%

pH įtaka CMK adsorbcijos našumui-3

6 paveiksle parodytas pH poveikis CMK-3 adsorbcijos veiksmingumui. Iš 6 paveikslo matyti, kad optimali pH vertė buvo 6, kai PhG adsorbuoja CMK-3. Priežastys yra šios: PhGs turėjo daug fenolio hidroksilo grupių ir priklausė silpnoms rūgštinėms molekulėms, o skirtingos pH vertės turėjo įtakos PhGs molekulių jonizacijai ir stabilumui. Fenolinių hidroksilo grupių jonizacija būtų slopinama esant žemai pH vertei, o fenolio hidroksilo grupių stabilumas ant PhG sumažėtų esant aukštai pH vertei. Dėl PhG fenolio hidroksilo grupių slopinimo jonizacijos sumažėjo elektrostatinė sąveika tarp PhG ir CMK-3, todėl sumažėjo CMK-3 adsorbcijos efektyvumas PhG. Taigi CMK- 3 adsorbcijai optimalus pH buvo 6.

Temperatūros poveikis CMK adsorbcijos našumui{0}}

Temperatūra buvo svarbus parametras adsorbcijos procese. Temperatūra ne tik veikia PhG molekulių difuziją išorinėje ribinio sluoksnio sąsajoje, bet ir adsorbentų porų viduje. 7 paveiksle parodytas temperatūros poveikis CMK-3 adsorbcijos gebėjimui. CMK-3 adsorbcijos geba didėja, kai temperatūra pakyla nuo 30 iki 60 ◦C. Buvo pranešta, kad pagrindinė priežastis buvo ta, kad aktyvioji vieta didėja didėjant temperatūrai dėl endoterminio proceso pobūdžio, o adsorbentų difuzija dalelėse padidėjo didėjant adsorbcijos temperatūrai (Peng ir kt., 2015). . Be to, didėjant temperatūrai, padidėjo PhG molekulių mobilumas, o jų difuzinis pasipriešinimas sumažėjo. Adsorbcijos geba mažėja kylant temperatūrai, kai temperatūra yra 60–80◦C. Jis parodė, kad adsorbcijos temperatūra buvo optimali ir kad PhG molekulės gali būti nestabilios aukštoje temperatūroje. Todėl buvo pasirinkta optimali adsorbcijos temperatūra 60 ◦C.

Optimalios CMK{0}} adsorbcijos sąlygos buvo tokios: mėginio koncentracija 0,41 mg/g, tirpalo pH 6, adsorbcijos temperatūra 60◦C. Optimaliomis sąlygomis PhG adsorbcijos geba neapdorotame ekstrakte ant CMK{5}} buvo 358,09 ± 4,13 mg/g, o tai daugiau nei tris kartus viršijo PhG adsorbcijos gebą ant makroporingų dervų (HPD300, 94,93 mg/g). (Liu ir kt., 2013). Tuo tarpu CMK-3 desorbcijos greitis buvo 94,67 % didesnis nei makroporinės dervos.

Adsorbcijos izotermos

Adsorbcijos izotermos parodytos 8A paveiksle. Padidėjus pusiausvyros koncentracijai, PhG adsorbcijos pajėgumas padidėjo ir pasiekė prisotinimo būseną. Siekiant geriau suprasti PhG adsorbcijos efektyvumą CMK{1}}, CMK-3 adsorbcijos izotermos buvo tiriamos naudojant Langmuir ir Freundlich modelius. Adsorbcijos parametrai, gauti iš skirtingų modelių, suteikia naudingos informacijos apie adsorbcijos mechanizmus. 8B ir C paveiksluose pavaizduotos CMK-3 adsorbcijos izotermos, sumodeliuotos pagal Langmuiro ir Freundlicho modelį.

Langmuir modelis buvo pagrįstas prielaidomis, kad adsorbcija vyksta tam tikrose homogeniškose adsorbento vietose, tarp adsorbuotų rūšių nevyksta reikšmingos sąveikos, o adsorbentas buvo prisotintas po vieno sluoksnio.

adsorbento paviršiuje susidaro adsorbuojančios molekulės. Tiesinę Langmuiro izoterminę lygtį galima parašyti taip:

Freundlicho modelis dažniausiai buvo naudojamas daugiasluoksnių ir nevienalyčių paviršių adsorbcijos charakteristikoms apibūdinti (Wu ir kt., 2017). Jo tiesinė forma pateikiama taip:

kur qm (mg/g) yra teorinis didžiausias vienasluoksnis adsorbcijos pajėgumas, KL (mL/mg) yra Langmuir konstanta, susijusi su adsorbcijos energija, atspindinčia afinitetą tarp adsorbato ir adsorbento (Wu et al., 2017; He et al. , 2019), KF [(mg/g)•(mL/mg)1/n ] ir n yra Freundlicho konstantos. KF yra santykinio adsorbcijos pajėgumo rodiklis, n yra susijęs su adsorbcijos varomosios jėgos dydžiu ir surišimo vietų heterogeniškumu, o 1/n rodo adsorbcijos palankumą.

Izoterminių modelių parametrai apibendrinti 3 lentelėje. Langmuiro modelis buvo geresnis už Freundlicho modelį, apibūdinantį PhG adsorbcijos duomenis CMK-3, o tai rodo, kad PhG adsorbcija CMK{{2 }} buvo paprastas vienasluoksnis adsorbcijos procesas (Wang F. ir kt., 2017). Be to, deguonies turinčių medžiagų buvimas

funkcinės grupės CMK{{0}} paviršiuje sustiprino PhG adsorbciją. Maksimalus adsorbcijos kiekis (qm) gali siekti 380,70 mg/g, kuris buvo panašus į eksperimentinę vertę. Be to, buvo apskaičiuota, kad PhG 1/n vertė yra 0,22, o tai buvo<0.5. It indicated that the adsorption of the PhGs on the CMK-3 could take place easily (Fu et al., 2007; Gan et al., 2018). This indicated that the adsorption of PhGs on CMK-3 was not completely a physical adsorption process. PhGs contain multiple hydroxyl groups which might form hydrogen bonds with the oxygen-containing functional groups on the CMK-3 and offer weak chemical adsorption for the adsorption. Therefore, CMK-3 adsorption of PhGs was a complex adsorption process combining physical adsorption with chemisorption. 

Adsorbcijos kinetika

CMK{0}} adsorbcijos pajėgumai buvo tiriami kaip laiko funkcija, siekiant nustatyti adsorbcijos pusiausvyros laiką 9A paveiksle. Tyrimas rodo, kad pusiausvyros adsorbcijos greitis palaipsniui mažėja ir palaipsniui išsilygina adsorbcijos pajėgumui artėjant prie pusiausvyros. Nustatyta, kad adsorbcijos pusiausvyra buvo pasiekta po 14 val. Greitas pradinis adsorbcijos greitis galėjo atsirasti dėl didelio koncentracijos gradiento tarp PhG ir CMK-3 tirpale, o CMK-3 paviršiuje buvo daug aktyvių vietų.

Adsorbcijos kinetika buvo įvertinta taikant pseudo-pirmos eilės, pseudo-antros eilės ir dalelių difuzijos modelius. Pseudo-pirmos eilės, pseudo-antros eilės modelių ir dalelių viduje difuzijos modelių diagramos, skirtos PhG adsorbcijai į CMK{10}}, parodytos atitinkamai 9B–D paveiksluose.

Linijinė kinetikos modelių forma išreiškiama taip:

Pseudo-pirmos eilės (Li ir kt., 2017a):

Pseudo-antros eilės (Tang ir kt., 2018):

kur K1 (1/min) ir K2 (g/mg·min−1 ) yra atitinkamai pseudo-pirmos eilės greičio lygčių ir pseudo-antros eilės greičio lygčių greičio konstantos. qe (mg/g) – teorinis adsorbcijos pajėgumas esant pusiausvyrai.

Vidinės dalelės difuzijos modelis:

kur Kp yra dalelių viduje esanti difuzijos konstanta (mg/g min), o C – ribinio sluoksnio efekto atspindys (mg/g).

Apskaičiuotos qe, greičio konstantų ir koreliacijos koeficiento reikšmės pateiktos 4 lentelėje. Pseudo-antros eilės modelis davė R 2 reikšmę 0.998, o pseudo-pirmos eilės R 2 reikšmę. užsakymo modelis buvo 0.84. Tai reiškia, kad pseudo-antros eilės modelis turi geresnį tiesinį ryšį nei pseudo-pirmos eilės modelis. 9C paveiksle parodyta, kad tiesinės t/qe ir t diagramos gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis iš pseudo-antros eilės modelio. Apskaičiuotas pseudo-antros eilės qe buvo gana panašus į eksperimentinius duomenis (4 lentelė). Šie rezultatai parodė, kad pseudo-antros eilės kinetikos modelis buvo tinkamesnis nei pseudo-pirmos eilės.

Tačiau pseudo-antros eilės modelio vertinimo rezultatai negali nustatyti galimo adsorbcijos mechanizmo. Buvo visuotinai priimta, kad adsorbcijos kinetika buvo kontroliuojama difuzijos mechanizmu, kurį sudaro išorinė difuzija, ribinio sluoksnio difuzija ir dalelių viduje (Wong ir kt., 2019). Vidinės dalelės difuzijos modelis buvo naudojamas norint nustatyti, ar dalelių difuzija buvo greitį ribojantis žingsnis.

Buvo teigiama, kad dalelių viduje difuzija yra greitį ribojantis žingsnis, kai qt ir t1/2 buvo tiesinis. Vidinė dalelių difuzija buvo vienintelis greitį kontroliuojantis žingsnis, kai kreivė ėjo per pradinę vietą. Iš 9D paveikslo matyti, kad dalelių difuzija buvo reguliuojama dviem skirtingais etapais. Pirmasis kreivės etapas reiškia paviršiaus adsorbciją. Antrasis etapas rodo dalelių difuziją CMK-3 porose. Kadangi dalelių viduje esantis difuzijos grafikas nepraėjo per pradinę vietą, modelis parodė, kad adsorbcijos mechanizmas buvo daugiau nei vienas mechanizmas, o dalelių difuzija nebuvo vienintelis greitį ribojantis žingsnis. Taigi galima daryti išvadą, kad PhG adsorbcijos ant CMK{13}} mechanizmas buvo sudėtingas, nes ir išorinio paviršiaus adsorbcija, ir dalelių vidinė difuzija vyko vienu metu.

Pasikartojantis eksperimentas

Pakartotinis naudojimas buvo svarbus veiksnys svarstant adsorbentų naudojimą ir vertę praktikoje. Todėl buvo išbandytas neapdoroto ekstrakto CMK{0}} ciklinės adsorbcijos efektyvumas. 10 paveiksle parodyti neapdoroto Cistanche tubulosa ekstrakto CMK-3 ciklinės adsorbcijos rezultatai. Iš 10 paveikslo galima pastebėti, kad po trijų adsorbcijos ciklų CMK-3 adsorbcijos geba pasikeitė nuo 358,09 ± 4,13 mg/g iki 320,78 ± 5,62 mg/g, o tai rodo, kad CMK-3 buvo geras. pakartojamumas ir CMK{14}} gali būti pakartotinai naudojamas PhG adsorbuoti.

IŠVADOS

Buvo ištirtos PhG adsorbcijos savybės trijų rūšių mezoporinėse anglies atomuose ir apibūdinta mezoporinė anglis prieš ir po adsorbcijos. Rezultatai parodė, kad tarp trijų adsorbentų (CMK- 3, DMC ir CMK-8) CMK-3 turi didžiausią savitąjį paviršiaus plotą ir porų tūrį, todėl jis gali efektyviau adsorbuoti PhG molekules. nei DMC ir CMK-8 išCistanche tubulosa ekstraktai.Kadangi deguonies turinčios funkcinės grupės CMK{1}} paviršiuje gali suteikti daug aktyvių PhG molekulių adsorbcijos vietų. Be to, tarp PhG hidroksilo grupių ir deguonies turinčių CMK - 3 funkcinių grupių susidarė vandeniliniai ryšiai. Neapdoroto ekstrakto PhG adsorbcijos geba buvo 358.09 ± 4,13 mg/g esant optimalioms 0,41 mg/l sąlygoms, pH=6 ir 60 ◦C ir atitinkamas CMK desorbcijos greitis -3 buvo 95,02 proc. Adsorbcijos duomenys parodė, kad PhG adsorbcija tiksliai atitiko Langmuir modelį ir pseudo-antros eilės modelius, o dalelių difuzijos modelis parodė, kad adsorbcijos greitį ribojantys žingsniai buvo dalelių difuzijos modelis. CMK{20}} gali būti naudojamas kaip potencialus adsorbentas labai efektyviai adsorbuojant PhG iš Cistanche tubulosa.

NATŪRALUS CISTANCHE TUBULOSA EKSTRAKTAS CISTANCHE ŽOLĖLĖS EKSTRAKTAS PHGS75% ECH 30% ACT 12%