Повышенная эффективность адсорбции фенилэтаноидных гликозидов на мезопористом углероде

ВВЕДЕНИЕ

Цистанхе трубчатая была паразитическим растением Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), и в основном она росла на корнях растений Tamarix и видов Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al., 2016; Yan et al., 2017). др., 2017).Цистанхе трубчатаяпервоначально было записано в Китайской Материи Медике Шэнь Нуна ок. 100 г. до н.э. Рост и выращивание цистанхе трубчатой ​​требовали суровых условий окружающей среды, и ее широко выращивали в засушливых землях и пустынях северного полушария, таких как провинции Синьцзян, Внутренняя Монголия, Ганьсу, Цинхай и Нинсяский автономный район в Китае. (Вы и др., 2016). Цистанхе трубчатая была драгоценной китайской тонизирующей травой, которая питала почки, замедляла старение, улучшала кровообращение и увлажняла толстый кишечник, обеспечивая свободный стул (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2018), и у него есть бимеет репутацию «Женьшеня пустыни» (Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Цистанхе трубчатая официально зарегистрирована в Китайской фармакопее как подлинный источникЦистанчес Херба(Китайское название: Roucon-strong) из издания 2005 г. (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).

НАТУРАЛЬНАЯ ЦИСТАНША ТУБУЛОЗНАЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОЛОВОЙ ФУНКЦИИ PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Предыдущие исследования выявили несколько основных химических компонентов Cistanche Tubeulosa, включая PhG, иридоиды и полисахариды (Li et al., 2018a). Структуры PhG в основном состояли из коричной кислоты и фенилэтилового спирта, которые были присоединены к -глюкопиранозе посредством сложноэфирных и гликозидных связей (Luo et al., 2010), а PhG рассматривались как основные активные компоненты Cistanche Tubeulosa, обладающие различными фармакологическая активность (Liao et al., 2018). Исследование показало, что PhG обладают различными лечебными свойствами, такими как нейропротекция, иммунная регуляция, противовоспалительные, защита печени и антиоксиданты (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Согласно фитохимическим оценкам, такие PhG, какэхинакозид и актеозидсчитались основными активными компонентами и маркерами Cistanche Tubeulosa (Li et al., 2017b), которые обычно выбирались в качестве маркерных соединений для оценки качества Cistanche Tubeulosa, и с помощью этих соединений различали виды Cistanche Tubeulosa. PhG были природными водорастворимыми соединениями, поскольку в их молекуле было много гидроксильных групп и фенольных гидроксильных групп. Таким образом, PhG можно отделить от Cistanche Tubeulosa в водном растворе.

Разработано множество методов разделения и очистки природных продуктов, включая адсорбцию (Liu et al., 2016), мембранное разделение (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019), экстракцию растворителем и т. д. (Li и др., 2015a,b; Ван С. и др., 2016; Однако мембранное разделение и экстракция растворителем не подходили для крупномасштабного приготовления, и с их помощью было трудно добиться высокой степени извлечения продуктов (Чжан и др., 2018a). Адсорбция была одним из наиболее широко распространенных методов разделения природных продуктов (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Доказано, что благодаря своей уникальной и настраиваемой пористой структуре, высокой площади поверхности и механической стабильности мезопористый уголь (размер пор от 2 до 50 нм) является своего рода эффективным адсорбентом для адсорбции природных продуктов. Исследование показало, что мезопористые угли более подходят для адсорбции макромолекул, например, мезопористые угли были использованы Qin et al. для обогащения хлорогеновой кислоты из листьев Eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Ли и др. синтезировали два мезопористых углерода с помощью гидротермальной обработки и оценили эффективность адсорбции двух мезопористых углей для гидрохлорида берберина и морской воды из воды (Li et al., 2018b). Его считали своего рода перспективным материалом в качестве высокоэффективного адсорбента (Чжан и др., 2013; Тиан и др., 2015; Чжоу и др., 2016). Кроме того, мезопористый уголь также применяется для адсорбционного удаления ароматических соединений, красителей и тяжелых металлов из сточных вод (Kong et al., 2016). В ранее опубликованных работах Liu et al. использовали макропористую смолу для адсорбции PhG из Cistanche Tubeulosa, и чистота PhG увеличилась, но адсорбционная способность и скорость десорбции были низкими. По сравнению с макропористой смолой, мезопористый углерод имел характеристики большой удельной поверхности, подходящего размера пор и большого объема пор. Поэтому мезопористый углерод считался высокоэффективным адсорбентом ФГ. В этом исследовании три вида мезопористого углерода были выбраны в качестве адсорбентов для разделения и очистки ФГ из Цистанхе трубчатой.

Основная цель этой работы состояла в том, чтобы изучить эффективность адсорбции CMK-3 для разделения и очистки PhG из Cistanche Tubeulosa. Было исследовано влияние различных концентраций, pH и температуры на эффективность адсорбции CMK- 3 и отобраны оптимальные условия адсорбции PhG. Мезопористый углерод был охарактеризован методами FT-IR, BET, TEM и TGA, а также были определены и подробно проанализированы изотермы и кинетика адсорбции.

НАТУРАЛЬНАЯ ЦИСТАНША ТУБУЛОЗНАЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОЛОВОЙ ФУНКЦИИ PHGS75% ECH 30% ACT 12%

ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Материалы и реагенты

Стебель цистанхе трубчатой ​​был приобретен у Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Синьцзян). Стандартыэхинакозид(чистота выше или равна 98%) и актеозид (чистота выше или равна 98%) были приобретены у Sunny Biotech Co., Ltd. (Шанхай). Ацетонитрил, метанол и уксусная кислота HLPC были приобретены у Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Шанхай). Этанол ЧДА был приобретен у Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Тяньцзинь). Упорядоченный мезопористый углерод (CMK-3), неупорядоченный мезопористый углерод (DMC) и трехмерный кубически упорядоченный мезопористый углерод (CMK-8) были приобретены у компании Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Нанкин).

Характеристика

Морфологию и микроструктуру приготовленных образцов исследовали с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ, Tecnai G2 F20), работающей при 200 кВ. Образцы ПЭМ были приготовлены в условиях окружающей среды путем нанесения капель раствора этанола с мезопористыми материалами на углеродные пленки, поддержанные медными сетками. Обычно выбирался источник света с более короткой длиной волны, чтобы увеличить разрешение микроскопа и можно было наблюдать структуру мезопористого углерода. Поверхностные функциональные группы были качественно измерены с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR, AVATAR360) с использованием взаимодействия между инфракрасным излучением и молекулами вещества. FT-IR использует метод ослабленного полного отражения, условия: размер шага 2 см-1 и диапазон сканирования 4,000–400 см-1. Данные о физической структуре, такие как удельная площадь поверхности, размер пор и объем пор мезопористого углерода, рассчитанные по методу Брунауэра-Эммета-Теллера (BET, ASAP 2460). Методика работы с адсорбентом была следующей: мезопористые угли дегазировали при температуре 60°С в течение 12 ч и проверяли кривые адсорбции-десорбции N2 при -196°С для расчета удельной поверхности, размера и объема пор адсорбента. мезопористый углерод. Термогравиметрический анализатор (ТГА, STA 449 F3) — это прибор, который использует термогравиметрию для определения соотношения температуры и массы вещества, а ТГА измеряет массу вещества как функцию температуры при программном контроле температуры. Данные ТГА получали с помощью ТГА в диапазоне температур от 30 до 800◦С при скорости нагрева 10◦С/мин в атмосфере воздуха.

ВЭЖХ-анализ

Содержание эхинакозида и актеозида определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ, Waters Co., США). Система включала в себя автосамплер, насос высокого давления и ультрафиолетовый (УФ) детектор. Анализ проводился на колонке «Симметрия С18» (100 Å, 5 мкм, 4,6 × 250 мм). ВЭЖХ использовала метод градиентного элюирования для разделения и обнаружения образцов. Объем инжекционной петли составлял 10 мкм, температура колонки 30°C, длина волны детектирования УФ-спектрофотометра 330 нм, скорость потока 1 мл/мин, подвижная фаза: (А) ацетонитрил и (Б) уксусная кислота. кислота/вода (1:44, по объему).

Адсорбционное равновесие

Эксперимент по оптимизации условий адсорбции ЦМК- 3 был проведен с использованием смесиактеозид и энчанозиди при оптимальных условиях сырой экстракт Cistanche Tubeulosa проводился в эксперименте по циклу адсорбции, и все эксперименты по адсорбции проводились повторно не менее 3 раз. В той же серии экспериментов мезопористые угли CMK-8 и DMC выполнялись параллельно с CMK-3. В три бутылки добавляли три вида мезопористого углерода (CMK- 3, DMC и CMK-8) по 10 мг каждый. Затем в бутыль добавляли 15 мл раствора образца с начальной концентрацией C0 (мг/мл). Бутылку помещали в шейкер с постоянной температурой 30°C на 24 часа до достижения адсорбционного равновесия. Затем 1 мл адсорбционного раствора фильтровали через фильтр 0,22 мкм и определяли равновесную концентрацию Ce (мг/мл) раствора образца методом ВЭЖХ.

Десорбционный эксперимент

Затем был проведен эксперимент по десорбции мезопористого углерода. Адсорбированный мезопористый углерод под 15 мл смешанного раствора метанол/уксусная кислота (9:1, по объему), который помещали на водяную баню ультразвука на 1 час при 30◦C. Полученный десорбционный раствор фильтровали через фильтр 0,22 перед анализом ВЭЖХ.

Адсорбционную емкость qe (мг/мл) оценивали следующим образом:

где V — объем раствора (мл), W — масса мезопористого углерода (г).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика

На рисунке 1 показана ПЭМ трех видов мезопористого углерода. DMC представлял собой неупорядоченную пористую сетку, CMK-8 представлял собой сетевую структуру трехмерных пор, а CMK-3 представлял собой полосатую структуру с упорядоченными одномерными порами, что было аналогично сообщенным результатам (Ванг и др., 2006; Луо и др., 2010).

На рис. 2 показан ИК-Фурье-спектр мезопористых углей (CMK-3, DMC и CMK-8), а также ИК-Фурье-спектр до и после адсорбции CMK-3. Из рисунка 2А видно, что функциональные группы на поверхности мезопористого углерода в основном содержат кислород. Общая форма спектров трех видов мезопористого углерода оказалась схожей. Мезопористый углерод имел пиковую полосу при 3423 см-1, относящуюся к полосе валентных колебаний OH. Полосы в области 1580 и 1629 см–1 соответствуют валентным колебаниям карбонила и карбоксила C=O. Кроме того, было обнаружено, что пик при 1384 см-1 представляет собой валентные колебания спиртового СО, а растягивающие колебания при 2922 и 2852 см-1 соответствуют СН на метиленовой и метильной группах соответственно. Это указывает на то, что кислородсодержащие группы, существующие на поверхности мезопористых углей, могут приводить к слабому химическому взаимодействию между молекулами ФГ и мезопористыми углеродами.

На рисунке 2B показаны ИК-Фурье-спектры CMK-3 до и после адсорбции, актеозида и энчанозида. Характерный пик при 1697 см-1 соответствует C=C олефина в актеозиде и энчанозиде, а полосы в области 1519–1423 см-1 соответствуют пику валентных колебаний ароматического кольца C{ {12}}C в актеозиде и энчанозиде. Растягивающее колебание при 1604 см-1 представляло собой связь C=O, а пик при 1157 см-1 был вызван валентным колебанием эфирной связи в актеозиде и энчанозиде. По сравнению с ИК-Фурье-спектром ЦМК-3 до адсорбции, в ИК-спектре ЦМК-3 после адсорбции появились новые пики, которые принадлежали характерным пикам актеозида и энчанозида.

Изотермы адсорбции-десорбции N2 являлись важным параметром для адсорбции ФГ на КМК-3 и сравнения структуры адсорбента. На рис. 3 показаны изотермы адсорбции-десорбции N2 ЦМК-3, ЦМК-8, ДМК и ЦМК-3 после адсорбции ФГ соответственно. Как видно из рисунка 3, изотерма мезопористого углерода была похожа на изотерму типа IV в том смысле, что этот тип изотермы был преимущественно мезопористым, в котором диапазон размеров пор составлял от 2 до 50 нм (Sanz Pérez et al. , 2019). Разрыв между изотермами адсорбции и десорбции был отнесен к петле гистерезиса, обусловленной реакцией капиллярной конденсации. В реакциях капиллярной конденсации капиллярная конденсация происходит сначала в самых мелких порах (Barsotti et al., 2016). Это показывает, что CMK-3 имел мезопоры меньшего размера, чем DMC и CMK-8, что согласуется с результатами таблицы 1. Изотерма CMK-3 демонстрирует петлю гистерезиса H1, которая что указывает на быстрое заполнение пор, связанное с капиллярной конденсацией, а структура пор CMK-3 была достаточно упорядоченной. Изотерма ДМК демонстрирует петлю гистерезиса H3, этот тип гистерезиса имел неупорядоченные поры из-за сети пор, что привело к неопределенной структуре пористого адсорбента. Изотермы CMK-8 демонстрируют петлю гистерезиса H2, что указывает на сложную структуру пор и неравномерное распределение пор по размерам.

Изотермы адсорбции-десорбции N2 ЦМК-3 сравнивались до и после адсорбции ФГ. Изотерма CMK-3 после адсорбции также была похожа на изотерму типа IV на рисунке 3B. Это указывало на то, что CMK-3 сохранял свою мезопористую структуру после адсорбции. Как видно из таблицы 1, удельная поверхность и объем пор CMK-3 после адсорбции заметно уменьшились, удельная поверхность CMK-3 до и после адсорбции уменьшилась с 1,{{18 }}98,02 до 227,75 м2/г, а объем пор при этом уменьшился с 1,32 до 0,42 см3/г. Это указывало на то, что молекулы PhGs адсорбировались на CMK-3.

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 >ЦМК-3.

На рис. 4 показаны кривые ТГА трех видов мезопористого углерода (CMK-3, CMK-8 и DMC). Как видно из рисунка 4, все три типа мезопористого углерода имеют две различные стадии потери массы: первая стадия потери массы происходила из-за испарения влаги в мезопористом углероде до 100°C, вторая стадия потери массы. ЦМК- 3, ДМК и ЦМК-8 происходит примерно при 660, 427 и 615°С соответственно, что соответствует окислительному термическому разложению мезопористых углеродных материалов. Видно, что температура термического разложения ЦМК-3 была выше, чем у ЦМК-3 и ЦМК-8, а термическая стабильность ЦМК-3 была лучше, чем у ЦМК. -8 и DMC.

Сравнение эффективности адсорбции тремя мезопористыми углеродами. Поскольку три адсорбента в основном состоят из углерода, адсорбционное взаимодействие между PhG и мезопористыми углями считалось одинаковым. Поэтому считалось, что разница в эффективности адсорбции обусловлена ​​разницей в физической структуре мезопористых углей. В таблице 2 показаны характеристики адсорбции трех видов мезопористого угля. Из таблицы 2 видно, что все три типа мезопористого углерода могут адсорбировать PhG, а CMK-3 имел лучшие характеристики адсорбции, чем CMK-8 и DMC. Это указывает на то, что размер пор мезопористых углей был больше, чем у молекул PhGs, и размер пор не был основным фактором, влияющим на адсорбционную способность трех мезопористых углей. Адсорбционная емкость и скорость десорбции ЦМК-3 составляли до 189,37 мг/г и 94,96% соответственно. Адсорбционная способность СМК-3 была выше, чем у СМК-8. Поскольку объем пор и удельная поверхность CMK-3 были больше, чем у DMC и CMK-8, это указывало на то, что объем пор и удельная площадь поверхности были основными факторами, влияющими на эффективность адсорбции.

Оптимизация условий адсорбции Оптимизация эксперимента по адсорбции CMK-3 была проведена с использованием смеси обоихактеозид и энчанозид. Температура, pH и концентрация были основными факторами, влияющими на эффективность адсорбции CMK-3. Таким образом, было исследовано влияние этих трех влияющих факторов на эффективность адсорбции CMK-3.

Влияние концентрации образца на адсорбционные характеристики ЦМК-3

Влияние концентрации образца на эффективность адсорбции CMK{{0}} показано на рисунке 5. По мере увеличения концентрации емкость адсорбции увеличивается. Адсорбционная способность больше не увеличивается с увеличением концентрации образца, когда концентрация образца достигла 0,41 мг/г. При низких исходных концентрациях образца активных центров адсорбента было достаточно для адсорбции относительно небольшого количества молекул ФГ. Напротив, при высокой исходной концентрации образца фиксированное количество активных центров на адсорбентах не способно адсорбировать увеличивающееся количество молекул PhGs. Таким образом, адсорбционная способность КМК-3 к молекулам PhGs имеет тенденцию быть сбалансированной.

НАТУРАЛЬНАЯ ЦИСТАНША ТУБУЛОЗНАЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОЛОВОЙ ФУНКЦИИ PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Влияние pH на адсорбционные характеристики CMK-3

На рисунке 6 показано влияние pH на эффективность адсорбции CMK-3. Из рисунка 6 видно, что оптимальное значение pH составляло 6 для адсорбции PhGs с помощью CMK-3. Причины следующие: ФГ имели большое количество фенольных гидроксильных групп и относились к слабокислым молекулам, а различные значения рН влияли на ионизацию и стабильность молекул ФГ. Ионизация фенольных гидроксильных групп будет ингибироваться при низком значении pH, тогда как стабильность фенольных гидроксильных групп на PhG будет снижаться при высоком значении pH. Подавление ионизации фенольных гидроксильных групп на ФГ привело к уменьшению электростатических взаимодействий между ФГ и ЦМК-3, что снизило эффективность адсорбции ЦМК-3 для ФГ. Таким образом, оптимальным значением pH для адсорбции ЦМК- 3 было значение 6.

Влияние температуры на адсорбционные характеристики CMK-3

Температура была важным параметром в процессе адсорбции. Температура влияет не только на диффузию молекул ФГ на границе внешнего пограничного слоя, но и внутри пор адсорбента. На рис. 7 показано влияние температуры на адсорбционную способность ЦМК-3. Адсорбционная способность КМК-3 увеличивается с повышением температуры от 30 до 60◦С. Сообщалось, что основная причина заключалась в том, что активный центр увеличивается с увеличением температуры из-за эндотермического характера процесса, а внутричастичная диффузия адсорбентов увеличивается с увеличением температуры адсорбции (Peng et al., 2015). . Кроме того, с ростом температуры увеличивается подвижность молекул ФГ и снижается их диффузионное сопротивление. Адсорбционная емкость снижается с повышением температуры при температуре 60–80◦С. Это указывало на то, что температура адсорбции имеет оптимальное значение и что молекулы ФГ могут быть нестабильными при высоких температурах. Поэтому оптимальная температура адсорбции была выбрана равной 60◦С.

Оптимальные условия адсорбции ЦМК{{0}} были следующими: концентрация образца 0,41 мг/г, pH раствора 6, температура адсорбции 60°С. В оптимальных условиях адсорбционная способность ФГ в сыром экстракте на ЦМК-3 составила 358,09 ± 4,13 мг/г, что более чем в три раза превышало адсорбционную емкость ФГ на макропористых смолах (HPD300, 94,93 мг/г). (Лю и др., 2013). При этом скорость десорбции КМК-3 была на 94,67% выше, чем у макропористой смолы.

Изотермы адсорбции

Изотермы адсорбции показаны на фигуре 8А. С увеличением равновесной концентрации адсорбционная способность ФГ увеличивалась и достигала состояния насыщения. Чтобы лучше понять эффективность адсорбции PhG на CMK-3, изотермы адсорбции CMK-3 были исследованы с использованием моделей Ленгмюра и Фрейндлиха. Параметры адсорбции, полученные с помощью различных моделей, дают некоторую полезную информацию о механизмах адсорбции. На рисунках 8B и C изображены изотермы адсорбции CMK-3, смоделированные моделью Ленгмюра и Фрейндлиха.

Модель Ленгмюра была основана на предположении, что адсорбция происходит на определенных однородных участках внутри адсорбента, между адсорбированными частицами не происходит существенного взаимодействия и что адсорбент насыщается после одного слоя

Молекулы адсорбента образуются на поверхности адсорбента. Линеаризованное уравнение изотермы Ленгмюра можно записать следующим образом:

Модель Фрейндлиха широко использовалась для описания адсорбционных характеристик многослойных и гетерогенных поверхностей (Wu et al., 2017). Его линеаризованная форма задается следующим образом:

где qm (мг/г) — теоретическая максимальная адсорбционная емкость монослоя, KL (мл/мг) — константа Ленгмюра, связанная с энергией адсорбции, отражающая сродство между адсорбатом и адсорбентом (Wu et al., 2017; He et al. , 2019), KF [(мг/г)•(мл/мг)1/n ] и n – константы Фрейндлиха. KF является показателем относительной адсорбционной способности, n связано с величиной движущей силы адсорбции и неоднородностью центров связывания, а 1/n указывает на благоприятность адсорбции.

Параметры моделей изотерм суммированы в таблице 3. Модель Ленгмюра лучше, чем модель Фрейндлиха, описывает данные по адсорбции ФГ на КМК-3, что указывает на то, что адсорбция ФГ на КМК{{2} }} представлял собой простой процесс монослойной адсорбции (Wang F. et al., 2017). Кроме того, наличие кислородсодержащих

функциональные группы на поверхности КМК{{0}} усиливали адсорбцию ФГ. Максимальная величина адсорбции (мкм) может достигать 380,70 мг/г, что соответствует экспериментальному значению. Кроме того, было рассчитано значение 1/n PhGs, равное 0,22, что<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. 

Кинетика адсорбции

Адсорбционная способность CMK-3 была исследована как функция времени для определения времени адсорбционного равновесия на рисунке 9А. Исследование показывает, что равновесная скорость адсорбции постепенно снижается и постепенно выравнивается по мере приближения адсорбционной емкости к равновесной. Установлено, что адсорбционное равновесие достигается через 14 ч. Высокая начальная скорость адсорбции могла быть связана с высоким градиентом концентрации между PhG и CMK-3 в растворе, а поверхность CMK-3 имела большое количество активных центров.

Кинетику адсорбции оценивали с использованием моделей псевдопервого, псевдовторого порядка и внутричастичной диффузии. Построенные графики моделей псевдопервого, псевдовторого порядка и моделей внутричастичной диффузии для адсорбции PhG на CMK-3 показаны на рисунках 9B–D соответственно.

Линейная форма моделей кинетики выражается следующим образом:

Псевдопервый порядок (Li et al., 2017a):

Псевдовторой порядок (Tang et al., 2018):

где K1 (1/мин) и K2 (г/мг·мин-1) — константы скорости уравнения скорости псевдопервого порядка и уравнения скорости псевдовторого порядка соответственно. qe (мг/г) — теоретическая адсорбционная емкость в равновесии.

Модель внутричастичной диффузии:

где Kp — константа внутричастичной диффузии (мг/г мин), C — отражение эффекта пограничного слоя (мг/г).

Рассчитанные значения qe, констант скорости и коэффициента корреляции показаны в таблице 4. Модель псевдовторого порядка дала значение R 2 0,998, тогда как значение R 2 псевдопервого порядка модель заказа была 0.84. Это означает, что модель псевдовторого порядка демонстрирует лучшую линейную зависимость, чем модель псевдопервого порядка. Рисунок 9C показывает, что линейные графики зависимости t/qe от t хорошо согласуются с экспериментальными данными модели псевдовторого порядка. Рассчитанное qe псевдовторого порядка оказалось весьма близким к экспериментальным данным (табл. 4). Эти результаты показали, что псевдовторой порядок является более подходящей кинетической моделью, чем псевдопервый порядок.

Однако результаты оценки модели псевдовторого порядка не могут определить потенциальный механизм адсорбции. Принято считать, что кинетика адсорбции контролируется диффузионным механизмом, состоящим из внешней диффузии, диффузии в пограничном слое и внутричастичной диффузии (Wong et al., 2019). Модель внутричастичной диффузии использовалась для определения того, является ли внутричастичная диффузия стадией, ограничивающей скорость.

Считалось, что внутричастичная диффузия является стадией, ограничивающей скорость, когда зависимость qt от t1/2 была линейной. Внутричастичная диффузия была единственным шагом, контролирующим скорость, когда кривая проходила через начало координат. На рисунке 9D видно, что внутричастичная диффузия проходила в два разных этапа. Первая стадия кривой представляет собой поверхностную адсорбцию. Второй этап указывает на внутричастичную диффузию в порах ЦМК-3. Поскольку график внутричастичной диффузии не проходил через начало координат, модель показала, что механизм адсорбции состоит из нескольких механизмов, и внутричастичная диффузия не является единственным этапом, ограничивающим скорость. Таким образом, можно заключить, что механизм адсорбции ФГ на КМК-3 сложен, и одновременно происходит как внешняя поверхностная адсорбция, так и внутричастичная диффузия.

Повторяющийся эксперимент

Возможность повторного использования была важным фактором при рассмотрении использования и ценности адсорбентов в практическом применении. Поэтому были протестированы характеристики циклической адсорбции CMK-3 для неочищенного экстракта. На рисунке 10 показаны результаты циклической адсорбции ЦМК-3 неочищенным экстрактом Cistanche Tubeulosa. На рисунке 10 видно, что адсорбционная емкость CMK-3 изменилась с 358,09 ± 4,13 мг/г до 320,78 ± 5,62 мг/г после трех циклов адсорбции, что указывает на хорошие характеристики CMK-3. повторяемость, а CMK-3 можно повторно использовать для адсорбции PhG.

ВЫВОДЫ

Были исследованы адсорбционные свойства ФГ на трех видах мезопористого углерода и охарактеризованы мезопористый углерод до и после адсорбции. Результаты показали, что CMK-3 имеет самую большую удельную площадь поверхности и объем пор среди трех адсорбентов (CMK- 3, DMC и CMK-8) и может более эффективно адсорбировать молекулы PhG. чем DMC и CMK-8 изэкстракты цистанхе трубчатой.Потому что кислородсодержащие функциональные группы на поверхности КМК-3 могут обеспечивать большое количество активных мест адсорбции для молекул PhGs. Кроме того, образовались водородные связи между гидроксильными группами ФГ и кислородсодержащими функциональными группами ЦМК- 3. Адсорбционная способность сырого экстракта по ФГ составила 358,09 ± 4,13 мг/г при оптимальных условиях 0,41 мг/л, рН=6 и 60°С, соответствующая скорость десорбции ЦМК -3 составил 95,02%. Данные по адсорбции показали, что адсорбция PhG точно соответствует модели Ленгмюра и моделям псевдовторого порядка, модель внутричастичной диффузии предполагает, что лимитирующими стадиями адсорбции являются модели внутричастичной диффузии. CMK-3 можно использовать в качестве потенциального адсорбента для высокоэффективной адсорбции PhG из Cistanche Tubeulosa.

НАТУРАЛЬНЫЙ ЭКСТРАКТ ЦИСТАНХА TUBULOSA ЭКСТРАКТ ТРАВЫ ЦИСТАНКА PHGS75% ECH 30% ACT 12%