Ⅱ dalis: Cistanche: labai efektyvi feniletanoidinių glikozidų adsorbcija ant mezoporinės anglies
Mar 04, 2022
Kontaktai: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 El. paštas:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li ir Jinli Zhang
Trijų mezoporinių anglies adsorbcijos efektyvumo palyginimas
Kadangi trys adsorbentai daugiausia sudaryti iš anglies, buvo laikoma, kad PhG ir mezoporinių anglies 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 proc. 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 pagrindinis veiksnys, turintis įtakos adsorbcijos našumui.
Adsorbcijos sąlygų optimizavimas
CMK{0}} adsorbcijos eksperimento optimizavimas buvo atliktas naudojant akteozido ir echinakozido mišinį. Temperatūra, pH ir koncentracija buvo pagrindiniai CMK{1}} adsorbcijos veikimą įtakojantys veiksniai. Taigi buvo ištirtas šių trijų įtakojančių veiksnių poveikis CMK{2}} adsorbcijos veikimui.
Mėginio koncentracijos poveikis CMK adsorbcijos našumui{0}}
Mėginio koncentracijos įtaka CMK{{0}} adsorbcijos savybėms parodyta 5 paveiksle. Didėjant koncentracijai, didėja adsorbcijos pajėgumas. Adsorbcijos geba nebedidėja didėjant mėginio koncentracijai, kai mėginio koncentracija buvo 0,41 mg/g. Esant mažai pradinei mėginio koncentracijai, adsorbuojančių aktyvių vietų pakako palyginti nedideliam PhGs molekulių kiekiui adsorbuoti. Priešingai, esant didelei pradinei mėginio koncentracijai, fiksuotas aktyvių vietų kiekis adsorbentuose nesugebėjo adsorbuoti, padidindamas PhG molekulių kiekį. Taigi, CMK-3 adsorbcijos gebėjimas PhGs molekulėms yra subalansuotas.
pH įtaka CMK adsorbcijos našumui-3
6 paveiksle parodytas pH poveikis CMK-3 adsorbcijai. 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, 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 fenolinių 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 adsorbento porose. 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 buvo 60–80 ◦C. Jis parodė, kad adsorbcijos temperatūra buvo optimali, o PhGs 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 proc. didesnis nei makroporinės dervos.
cistanche papildas
Adsorbcijos izotermos
Adsorbcijos izotermos parodytos 8A paveiksle. Padidėjus pusiausvyros koncentracijai, PhG adsorbcijos pajėgumas padidėjo ir pasiekė prisotinimo būseną. Norint 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, 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:
CE/QE=1 KLqm plius CE/QM (2)
Freundlicho modelis dažniausiai buvo naudojamas daugiasluoksnių ir nevienalyčių paviršių adsorbcijos charakteristikoms apibūdinti (Wu et al., 2017). Jo tiesinė forma pateikiama taip:lnqe=lnKF plius 1n/lnce (3)
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. Langmuir modelis buvo geresnis už Freundlicho modelį, apibūdinantį PhG adsorbcijos duomenis CMK-3, o tai rodo, kad feniletanoidinių glikozidų adsorbcija ant CMK{{ 2}} buvo paprastas vienasluoksnės adsorbcijos procesas (Wang F. ir kt., 2017). Be to, deguonies turinčių funkcinių grupių buvimas CMK{5}} paviršiuje padidino 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="" phenylethanoid="" glycosides="" 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="">
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, kai adsorbcijos pajėgumas artėja 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 difuzijos modelio, skirto PhG adsorbcijai į CMK{10}}, grafikai buvo parodyti atitinkamai 9B–D paveiksluose.
Linijinė kinetikos modelių forma išreiškiama taip: Pseudo-pirmos eilės (Li ir kt., 2017a):
log (qe − qt )=logqe − K1/2,303 t (4)
Pseudo-antros eilės (Tang ir kt., 2018):
t/qt=1/K2q2e plius t/qt (5)
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:
qt=kpt1/2plius C (6)
kur Kp yra dalelių difuzijos konstanta (mg/g min), o C yra ribinio sluoksnio efekto atspindys (mg/g).
Apskaičiuotos qe, greičio konstantų ir koreliacijos koeficiento reikšmės pateiktos 4 lentelėje. Pseudo-antros eilės modelis davė R2 reikšmę 0,998, o pseudo-pirmos eilės modelio R2 reikšmę 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 eina 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 mechanizmas CMK{13}} buvo sudėtingas, nes ir išorinio paviršiaus adsorbcija, ir dalelių vidinė difuzija vyko vienu metu.
cistanche
Pasikartojantis eksperimentas
Pakartotinis naudojimas buvo svarbus veiksnys sprendžiant apie 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 feniletanoidų glikozidams adsorbuoti.
IŠVADOS
Buvo ištirtos PhG adsorbcijos savybės trijų rūšių mezoporinėse anglies atomuose ir apibūdinta mezoporinė anglis prieš ir po adsorbcijos. Rezultatai parodė, kad CMK{{0}} turi didžiausią specifinį paviršiaus plotą ir porų tūrį tarp trijų adsorbentų (CMK- 3, DMC ir CMK-8) ir gali adsorbuotis. PhGs molekulės yra veiksmingesnės nei DMC ir CMK-8 iš Cistanche tubulosa ekstraktų. Kadangi deguonies turinčios funkcinės grupės CMK{5}} paviršiuje gali suteikti daug aktyvių PhG molekulių adsorbcijos vietų. Be to, vandeniliniai ryšiai susidarė tarp PhG hidroksilo grupių ir deguonies turinčių CMK - 3 funkcinių grupių. Neapdoroto ekstrakto PhG adsorbcijos geba buvo 358,09 ± 4,13 mg/g esant optimalioms 0,41 mg/l sąlygoms, pH=6 ir 60 °C, o atitinkamas CMK-3 desorbcijos greitis buvo 95,02 procentas . Adsorbcijos duomenys parodė, kad PhG adsorbcija glaudžiai atitiko Langmuir modelį ir pseudo-antros eilės modelius, o dalelių difuzijos modelis parodė, kad adsorbcijos greitį ribojantys žingsniai buvo dalelių difuzijos modelis. CMK{24}} gali būti naudojamas kaip potencialus adsorbentas, siekiant labai efektyviai adsorbuoti PhG iš Cistanche tubulosa.
cistanche papildai
PAREIŠKIMAS APIE DUOMENIS
Visi šiam tyrimui sukurti duomenų rinkiniai yra įtraukti į straipsnį / papildomą medžiagą.
AUTORIŲ INSTRUKCIJA
HX atliko visus eksperimentus, rinko duomenis, analizavo duomenis ir parašė rankraštį. WP padėjo analizuoti FT-IR duomenis ir rinko duomenis. XL padėjo paaiškinti kai kuriuos eksperimento rezultatus ir peržiūrėti rankraštį. JZ prisidėjo prie mokslinio rezultatų aiškinimo ir pataisė rankraštį.
FINANSAVIMAS
Dėkojame už paramą iš Nacionalinio gamtos mokslų fondo jauniesiems Kinijos mokslininkams (grantos Nr. 21706166), Shihezi universiteto jaunųjų inovatyvių talentų programos (CXRC201802), Čangdziango mokslininkų programos ir universiteto naujoviškų mokslinių tyrimų grupės (grantos Nr. . IRT_15R46) ir Jangdzės upės mokslininkų Shihezi universiteto mokslinių tyrimų projektas (subsidijos Nr. CJXZ201601)
