關(guān)于球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)苦參堿吸附的動(dòng)力學(xué)的研究
動(dòng)力學(xué)是理論力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，它主要研究作用于物體的力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象是運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體。動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是許多工程學(xué)科的基礎(chǔ)。許多數(shù)學(xué)上的進(jìn)展也常與解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有關(guān)，所以數(shù)學(xué)家對(duì)動(dòng)力學(xué)有著濃厚的興趣。本論文主要是關(guān)于球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)苦參堿吸附的動(dòng)力學(xué)的研究，希望對(duì)大家有幫助!
論文摘要：通過(guò)靜態(tài)吸附法研究了4種球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)苦參堿的吸附和解吸性能，篩選出性能好的樹(shù)脂D，考察了該樹(shù)脂重復(fù)使用的效果，研究了其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。試驗(yàn)表明，樹(shù)脂D對(duì)苦參堿的吸附和解吸效果好;樹(shù)脂D經(jīng)6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。球形木質(zhì)素樹(shù)脂D對(duì)苦參堿吸附過(guò)程速率由表面擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散共同控制，以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主，吸附活化能Ea=4.758 kJ·mol-1。
論文關(guān)鍵詞： 球形木質(zhì)素樹(shù)脂;苦參堿;吸附;動(dòng)力學(xué)
1. 引言
苦參為豆科植物苦參(Sophora flavescens Ait.)的干燥根。性味歸經(jīng)：苦，寒。歸心、肝、胃、大腸、膀胱經(jīng)。主治：清熱燥濕，殺蟲(chóng)，利尿�？鄥A(Matrine)是從苦參或同科植物廣豆根(S. subprostrata Chun et T.Chen)中分離出來(lái)的代表性活性生物堿�，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，苦參堿具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、解熱、抗肝損傷，抗病毒，正性肌力等作用，特別是其抗腫瘤活性已成為抗癌中藥的研究熱點(diǎn)[1]。鑒于其顯著的活性，研究苦參堿的制備方法具有重要意義。
木質(zhì)素是由苯丙烷類(lèi)結(jié)構(gòu)單元組成的存在于植物體內(nèi)的復(fù)雜化合物，是自然界唯一存在的芳香類(lèi)大分子物質(zhì)，其分子中含有多種活性官能團(tuán)。木質(zhì)素作為自然界僅次于纖維素的第二大量的有機(jī)物質(zhì)，廣泛的分布于維管植物中。僅每年造紙制漿廢液中所含的木質(zhì)素就達(dá)3000萬(wàn)噸，其中大部分都沒(méi)有得到的利用，醫(yī)學(xué)碩士排放到環(huán)境中，造成了環(huán)境特別是水體的污染，因此如何解決利用好木質(zhì)素已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)[2,3]。
以木質(zhì)素為原料合成的吸附劑，在水處理方面尤其是重金屬離子的處理上有一定的應(yīng)用，但在有機(jī)物的吸附分離方面研究較少。一般的木質(zhì)素吸附劑以粉狀和微細(xì)顆粒為主，孔結(jié)構(gòu)不好，比表面積小，吸附容量低，水力學(xué)性能差，通透性也不好，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。球形木質(zhì)素樹(shù)脂有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如疏松和親水性網(wǎng)絡(luò)的基體、比表面積大、通透力強(qiáng)、水力學(xué)性能好，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。本課題組著力進(jìn)行球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)苦參堿的吸附分離方法的研究，已報(bào)到了球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)苦參堿吸附的熱力學(xué)性質(zhì)[4]，本文進(jìn)一步報(bào)道球形木質(zhì)素樹(shù)脂對(duì)食管癌苦參堿吸附的熱力學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果。
2. 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 試劑與儀器苦參堿(實(shí)驗(yàn)室自制，純度98%);4種球形木質(zhì)素樹(shù)脂A、B、C、D(自編號(hào)分別為：
本課題得到了高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金(No.20060633003)、國(guó)家中醫(yī)藥管理局課題(No.06-07ZQ14)、中國(guó)博士后科學(xué)基金(No.20070420138)的資助。由福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院項(xiàng)目合作單位制備);丙酮、甲醇、鹽酸為分析純;蒸餾水。SHZ-88水浴恒溫振蕩器;UV1000紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì);DZG-6020真空干燥箱。
2.2 球形樹(shù)脂及其處理將樹(shù)脂用丙酮在索氏提取器中加熱回流，以除去殘留在樹(shù)脂孔道中的致孔劑及其它雜質(zhì)，揮干丙酮后在真空干燥箱中60℃干燥至恒重，備用。
2.3 分析方法和標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)分析方法采用紫外分光光度法進(jìn)行。由于吸附試驗(yàn)是在水溶液中進(jìn)行，而解吸溶劑為95%的乙醇溶液，因溶劑不同可能會(huì)導(dǎo)致苦參堿的摩爾吸光系數(shù)不同從而影響濃度測(cè)試的準(zhǔn)確性，故分別繪制吸附標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和解吸標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。
吸附標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)：準(zhǔn)確稱(chēng)量苦參堿10mg，用50ml蒸餾水溶解，分別取0ml、1ml、2ml、3ml、4ml、5ml，定容至10ml。波長(zhǎng)220nm處測(cè)定各溶液吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，以濃度為橫坐標(biāo)，得線(xiàn)性回歸方程A=16.589c，r=0.997(A為吸光度;c為濃度，mg/ml)，表明苦參堿在水溶液中濃度0～0.1mg/ml與吸光度成良好的線(xiàn)性關(guān)系。
解吸標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)：方法同上，只是將水換為95%的乙醇。得線(xiàn)性回歸方程A=16.573c，r=0.998(A為吸光度;c為濃度，mg/ml)。結(jié)果表明，苦參堿在95%的乙醇溶液中濃度在0～0.1mg/ml具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。
2.4 吸附和解吸試驗(yàn)吸附試驗(yàn)方法[4]：分別取0.1g樹(shù)脂A、樹(shù)脂B、樹(shù)脂C、樹(shù)脂D各三份于具塞三角瓶中，每個(gè)三角瓶中加入0.6mg/ml的苦參溶液10ml，置于水浴恒溫振蕩器中吸附2h(振蕩方式：回旋振蕩;振蕩速率：160r/min;振蕩溫度：303K)，然后離心過(guò)濾，使樹(shù)脂表面無(wú)液體，濾液用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)于220nm測(cè)定吸光度。分別計(jì)算每種樹(shù)脂三個(gè)樣本的吸附容量和吸附率，以三個(gè)樣本吸附容量和吸附率的平均值作為該樹(shù)脂的在實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)苦參堿的吸附容量和吸附率。
解吸試驗(yàn)方法：向含已離心過(guò)濾的木質(zhì)素樹(shù)脂的三角瓶中分別加入95%乙醇10ml，置于水浴恒溫振蕩器中解吸2h(振蕩方式：回旋振蕩;振蕩速率：160r/min;振蕩溫度：303K)，然后離心過(guò)濾，使樹(shù)脂表面無(wú)液體，濾液用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)于220nm測(cè)定吸光度。分別計(jì)算每種樹(shù)脂三個(gè)樣本的解吸率，以三個(gè)樣本解吸率的平均值作為該樹(shù)脂在實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)苦參堿的解吸率。
2.5 樹(shù)脂的重復(fù)使用為了檢驗(yàn)球形木質(zhì)素的實(shí)際應(yīng)用能力，對(duì)樹(shù)脂的重復(fù)使用數(shù)次后的吸附率和解吸率進(jìn)行了考察。按照2.4所述的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，重復(fù)進(jìn)行6次樹(shù)脂D對(duì)苦參堿的吸附解吸實(shí)驗(yàn)，計(jì)算每次的吸附率和解吸率。樹(shù)脂D進(jìn)行再生處理操作過(guò)程同2.2所述。
2.6 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取5份0.1g球形木質(zhì)素樹(shù)脂D，均加入0.6mg/ml苦參堿溶液10ml，分別振蕩0、30、60、90、120min后(振蕩方式：回旋振蕩;振蕩速率：160r/min;振蕩溫度：303K)，離心過(guò)濾，分別測(cè)定吸光度。改變溫度為313K、323K，重復(fù)上述操作。
3. 結(jié)果與討論
3.1 吸附和解吸試驗(yàn)結(jié)果由表1知，四種樹(shù)脂對(duì)于苦參堿的吸附性能差異較大，樹(shù)脂C、樹(shù)脂D吸附容量都在50mg以上，其中樹(shù)脂D吸附容量了達(dá)到55mg以上，樹(shù)脂A和樹(shù)脂B的吸附容量小，吸附性能較差。但樹(shù)脂C的解吸效果差，僅達(dá)到52.7%，樹(shù)脂D的解吸率在90%以上。樹(shù)脂D即具有較佳的吸附能力，又容易解吸，因此，隨后的試驗(yàn)選用樹(shù)脂D進(jìn)行。
3.2樹(shù)脂的重復(fù)使用效果從表2中看出，經(jīng)過(guò)6次使用后，木質(zhì)素的吸附率和解吸率仍達(dá)90%左右，這兩項(xiàng)指標(biāo)的降低率均在5%以?xún)?nèi)，且并且趨于穩(wěn)定，說(shuō)明木質(zhì)素樹(shù)脂能夠重復(fù)使用。
3.3 吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)
3.3.1 表面擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型根據(jù)Dumwald-Wagner動(dòng)力學(xué)理論，吸附速率主要由液膜擴(kuò)散或顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制或兩者共同影響。因此，木質(zhì)素樹(shù)脂吸附苦參堿主要是受表面擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散兩個(gè)步驟速度的影響，而其中速度最慢的一步是吸附過(guò)程的速度控制步驟。
用上述方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定反應(yīng)的速度控制步驟。
3.3.2 吸附反應(yīng)的速率常數(shù)和活化能根據(jù)Arrhenius公式：
RTEaAB/lnln= 公式(4)式中，B2為吸附反應(yīng)的速率常數(shù);A為頻率因子;Ea為表觀活化能，kJ·mol;R為氣體常數(shù)，8.314 J.mol.K;T為絕對(duì)溫度，K。-1-1-1對(duì)lnB2和1/T進(jìn)行線(xiàn)性回歸，然后由直線(xiàn)斜率來(lái)求出吸附反應(yīng)的活化能�；貧w方程：lnB2=-1.6905-572.26/T，相關(guān)系數(shù)r=0.999，則Ea=4.758 kJ.mol-1，A=0.0204。活化能越大，反應(yīng)速率就越小。而Ea=4.758 kJ.mol-1，說(shuō)明其在樹(shù)脂上的吸附速率大，吸附過(guò)程是速吸附過(guò)程，同時(shí)也說(shuō)明苦參堿在球形木質(zhì)素吸附劑D的吸附過(guò)程是以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主，是吸附過(guò)程的主要的限速步驟。
4. 結(jié)論
(1)通過(guò)對(duì)四種樹(shù)脂的考察，球形木質(zhì)素樹(shù)脂D對(duì)苦參堿的吸附和解吸效果最好;樹(shù)脂D的重復(fù)使用的效果好，經(jīng)6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。
(2)對(duì)苦參堿在球形木質(zhì)素樹(shù)脂D上吸附的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：吸附過(guò)程速率由表面擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散共同控制，以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主。
參考文獻(xiàn)
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