메조다공성 탄소에서 페닐에타노이드 배당체의 향상된 흡착 효율

소개

Cistanche tubeulosa는 Orobanchaceae 기생식물로(Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), 주로 Tamarix 식물과 Calotropis 종의 뿌리에서 자생하였다(Zhang W. et al., 2016; Yan et al. al., 2017).시스탄체 튜불로사원래는 ca.에서 Shen Nong의 Chinese Materia Medica에 기록되었습니다. 기원전 100년 Cistanche tubeulosa의 성장과 재배에는 가혹한 환경 조건이 필요했으며 중국의 신장, 내몽고, 간쑤, 칭하이, 닝샤 자치구 등 북반구의 건조한 땅과 사막에 널리 재배되었습니다. (당신 외, 2016). Cistanche tubeulosa는 신장에 영양을 공급하고, 노화를 방지하며, 혈정을 촉진하고, 대장을 촉촉하게 하여 변을 배출시키는 기능을 가진 귀중한 중국 강장제였습니다(Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2018), 이는 다음과 같습니다."사막의 인삼"이라는 명성을 얻었습니다(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubeulosa는 중국 약전에 공식적으로 원산지로 기록되어 있습니다.시스탄체스 허바(중국어 이름: Roucon-strong) 2005년판(Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).

성기능 개선을 위한 천연 시스탄체 투불로사 PHGS75% ECH 30% ACT 12%

이전 연구에서는 PhG, 이리도이드 및 다당류를 포함하여 Cistanche tubeulosa의 여러 주요 화학 성분이 밝혀졌습니다(Li et al., 2018a). PhG의 구조는 주로 계피산과 페닐에틸알코올이 에스테르와 글리코시드 결합을 통해 α-glucopyranose에 결합되어 있으며(Luo et al., 2010), PhG는 다양한 성질을 지닌 Cistanche tubeulosa의 주요 활성 성분으로 간주되어 왔다. 약리학적 활성(Liao et al., 2018). 연구는 PhG가 신경 보호, 면역 조절, 항염증, 간 보호 및 항산화와 같은 다양한 의학적 특성을 가지고 있음을 보여주었습니다(Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). 식물화학적 평가에 따르면, 다음과 같은 PhG가에키나코사이드, 액티오사이드Cistanche tubeulosa의 품질평가를 위한 지표화합물로 주로 선택되는 Cistanche tubeulosa의 주요 활성성분 및 표지자로 간주되었으며(Li et al., 2017b), 이들 화합물을 통해 Cistanche의 종을 구별하였다. PhG는 분자 내에 많은 수산기와 페놀성 수산기를 가지고 있기 때문에 자연적으로 발생하는 수용성 화합물이었습니다. 따라서 PhG는 수용액에서 Cistanche tubeulosa로부터 분리될 수 있습니다.

흡착(Liu et al., 2016), 막 분리(Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019), 용매 추출(Li et al., 2019) 등 천연물의 분리 및 정제를 위한 다양한 방법이 개발되었습니다. et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; 그러나 막 분리 및 용매 추출은 대규모 제조에는 적합하지 않으며 생성물의 높은 회수율을 달성하기 어려웠다(Zhang et al., 2018a). 흡착은 천연물 분리를 위해 가장 널리 채택되는 방법 중 하나입니다(Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). 독특하고 조정 가능한 기공 구조, 높은 표면적 및 기계적 안정성으로 인해 메조다공성 탄소(기공 크기 2~50nm)는 천연 흡착제에 대한 일종의 효율적인 흡착제로 입증되었습니다. 이 연구는 메조다공성 탄소가 거대분자를 흡착하는 데 더 적합하다는 것을 보여주었습니다. 예를 들어 Qin 등은 메조다공성 탄소를 사용했습니다. eucommia ulmoides 잎에서 클로로겐산을 농축합니다(Qin et al., 2018). Li et al. 수열 처리 접근법을 통해 두 개의 메조포러스 탄소를 합성하고 물에서 베르베린 염산염과 해양에 대한 두 개의 메조포러스 탄소의 흡착 성능을 평가했습니다(Li et al., 2018b). 이는 매우 효율적인 흡착제로서 유망한 물질로 간주되었습니다(Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). 또한 메조다공성 탄소는 폐수에서 방향족 화합물, 염료 및 중금속을 흡착 제거하는 데에도 적용되었습니다(Kong et al., 2016). 이전에 출판된 작품에서 Liu et al. Cistanche tubeulosa의 PhG를 흡착하기 위해 거대 다공성 수지를 사용했으며 PhG의 순도는 증가했지만 흡착 용량과 탈착 속도는 낮았습니다. 거대다공성 수지와 비교하여, 메조다공성 탄소는 큰 비표면적, 적절한 기공 크기 및 높은 기공 부피의 특성을 가지고 있습니다. 따라서 메조다공성 탄소는 PhG에 대한 매우 효율적인 흡착제로 간주되었습니다. 본 연구에서는 Cistanche tubeulosa로부터 PhGs의 분리 및 정제를 위한 흡착제로 3종의 메조다공성 탄소를 선택하였다.

이 연구의 주요 목적은 Cistanche tubeulosa에서 PhG를 분리 및 정제하기 위한 CMK-3의 흡착 성능을 탐색하는 것이었습니다. 다양한 농도, pH 및 온도가 CMK- 3의 흡착 성능에 미치는 영향을 조사하고 PhG의 최적 흡착 조건을 선별했습니다. 메조다공성 탄소는 FT-IR, BET, TEM 및 TGA로 특성화되었으며 흡착 등온선 및 동역학이 수행되어 자세히 분석되었습니다.

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실험

재료 및 시약

Cistanche tubeulosa 줄기는 Congrongtang Biological Technology Co., Ltd.(Xinjiang)에서 구입했습니다. 표준에키나코시드(순도 98% 이상) 및 액티오사이드(순도 98% 이상)는 Sunny Biotech Co., Ltd.(Shanghai)에서 구입했습니다. HLPC의 아세토니트릴, 메탄올, 아세트산은 Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.(Shanghai)에서 구입했습니다. 분석 등급의 에탄올은 Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd.(Tianjin)에서 구입했습니다. 정렬된 메조다공성 탄소(CMK-3), 무질서한 메조다공성 탄소(DMC) 및 3차원 입방정렬 메조다공성 탄소(CMK-8)는 Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd.(Nanjing)에서 구입했습니다.

성격 묘사

제조된 샘플의 형태 및 미세구조는 200 KV에서 작동되는 투과전자현미경(TEM, Tecnai G2 F20)을 사용하여 조사하였다. TEM 샘플은 Cu 그리드에 의해 지지되는 탄소 필름에 메조다공성 물질이 포함된 에탄올 용액의 액적을 증착하여 주변 조건에서 준비되었습니다. 일반적으로 현미경의 분해능을 높이기 위해 더 짧은 파장의 광원을 선택하며, 메조다공성 탄소의 구조를 관찰할 수 있다. 표면 작용기는 적외선과 물질 분자 사이의 상호 작용을 이용하여 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR, AVATAR360)으로 정성적으로 측정되었습니다. FT-IR은 감쇠전반사법 테스트를 사용하며 조건은 스텝 크기 2 cm−1, 스캐닝 범위는 4,000–400 cm−1입니다. Brunauer-Emmett-Teller(BET, ASAP 2460)에 의해 계산된 메조다공성 탄소의 비표면적, 기공 크기, 기공 부피 등의 물리적 구조 데이터. 흡착제의 절차는 다음과 같다: 메조다공성 탄소는 60℃에서 12시간 동안 탈기되었으며, N2 흡착-탈착 곡선은 -196℃에서 테스트되어 비표면적, 기공 크기 및 기공 부피를 계산하였다. 메조다공성 탄소. 열중량 분석기(TGA, STA 449 F3)는 열중량 분석기를 사용하여 물질의 온도-질량 관계를 감지하는 장비이며, TGA는 프로그램 온도 제어 하에서 온도의 함수로 물질의 질량을 측정합니다. TGA 데이터는 공기 분위기 하에서 30~800oC 온도 범위에서 10oC/min의 가열 속도로 TGA를 사용하여 얻은 것입니다.

HPLC 분석

에키나코사이드와 액티오사이드의 함량은 고성능액체크로마토그래피(HPLC, Waters Co., USA)를 이용하여 검출하였다. 시스템에는 자동 샘플러, 고압 펌프 및 자외선(UV) 검출기가 포함되었습니다. 분석은 대칭형 C18 컬럼(100Å, 5μm, 4.6 × 250mm)에서 수행되었습니다. HPLC는 구배 용리 방법을 사용하여 샘플을 분리하고 검출했습니다. 주입 루프의 부피는 10μm, 컬럼 온도는 30oC, UV 분광 광도계의 검출 파장은 330nm, 유속은 1ml/min, 이동상은 (A) 아세토니트릴 및 (B) 아세트산이었습니다. 산/물(1:44, v/v).

흡착 평형

CMK- 3에 대한 흡착 조건의 최적화 실험은 다음의 혼합물을 사용하여 수행되었습니다.액티오사이드와 엔카노사이드그리고 최적 조건 하에서 Cistanche tubeulosa 조추출물을 흡착사이클 실험으로 진행하였고, 모든 흡착 실험은 최소 3회 이상 반복적으로 진행하였다. 동일한 배치 실험에서 CMK-8 및 DMC의 메조다공성 탄소 CMK-3와 동시에 실행되었습니다. 3종의 메조포러스 탄소(CMK- 3, DMC, CMK-8)를 각각 10 mg씩 3개의 병에 첨가하였다. 그런 다음 초기 농도가 C0(mg/mL)인 샘플 용액 15mL를 병에 첨가했습니다. 흡착 평형에 도달할 때까지 병을 24시간 동안 30℃의 항온 진탕기에 두었다. 그런 다음 흡착 용액 1ml를 0.22μm 필터를 통해 여과하고 샘플 용액의 평형 농도 Ce(mg/mL)를 HPLC로 결정했습니다.

탈착 실험

이어서 메조다공성 탄소의 탈착 실험을 수행하였다. 15 mL의 메탄올/아세트산(9:1, v/v) 혼합 용액에 메조다공성 탄소를 흡착하고, 이를 30oC의 초음파 수조에 1시간 동안 두었습니다. 얻은 탈착 용액을 0.22 필터로 여과한 후 HPLC로 분석하였다.

흡착 용량 qe(mg/ml)는 다음과 같이 평가되었습니다.

여기서 V는 용액의 부피(mL)이고 W는 메조다공성 탄소의 중량(g)입니다.

결과 및 토론

성격 묘사

그림 1은 세 종류의 메조다공성 탄소의 TEM을 보여줍니다. DMC는 무질서한 다공성 네트워크이고, CMK-8는 3차원 다공성 네트워크 구조이며, CMK-3는 규칙적인 1차원 기공을 갖는 줄무늬 구조로 보고된 결과와 유사하다(Wang 등, 2006; 루오 등, 2010).

그림 2는 메조다공성 탄소(CMK-3, DMC, CMK-8)의 FT-IR 스펙트럼과 CMK-3 흡착 전후의 FT-IR 스펙트럼을 보여준다. 그림 2A에서 볼 수 있듯이 메조다공성 탄소 표면의 작용기는 주로 산소를 함유하고 있습니다. 세 종류의 메조포러스 탄소에 대한 스펙트럼의 전체 모양은 유사했습니다. 메조다공성 탄소는 OH의 신축 진동 밴드를 참조하여 3,423 cm-1에서 피크 밴드를 나타냈습니다. 1,580 및 1,629 cm−1 영역의 밴드는 카르보닐 및 카르복실 C=O의 신축 진동에 해당합니다. 또한 1,384 cm-1에서 발생하는 피크는 알코올성 CO의 신축 진동인 것으로 밝혀졌으며, 2,922 및 2,852 cm-1의 인장 진동은 각각 메틸렌 및 메틸 그룹의 CH에 해당합니다. 이는 메조다공성 탄소 표면에 존재하는 산소 함유 그룹이 PhGs 분자와 메조다공성 탄소 사이의 약한 화학적 상호작용을 초래할 수 있음을 나타냅니다.

그림 2B는 흡착, 액티오사이드 및 엔카노사이드 전후의 CMK-3의 FT-IR 스펙트럼을 보여줍니다. 1,697cm−1의 특징적인 피크는 acteoside와 enchanoside의 올레핀 C=C에서 파생된 반면, 1,519~1,423cm−1 영역의 밴드는 방향족 고리 C{의 신축 진동 피크에 해당합니다. {12}}악티오사이드 및 엔카노사이드의 C. 1,604cm-1의 인장 진동은 C=O 결합이었고, 1,157cm-1의 피크는 acteoside와 enchanoside의 에테르 결합의 신축 진동에 의해 발생했습니다. 흡착 전 CMK-3의 FT-IR 스펙트럼과 비교하여, 흡착 후 CMK-3의 FT-IR 스펙트럼에서는 새로운 피크가 나타났으며 이는 acteoside와 enchanoside의 특징적인 피크에 속합니다.

N2 흡착-탈착 등온선은 CMK-3의 PhG 흡착과 흡착제 구조 비교에 중요한 매개변수였습니다. 그림 3은 각각 PhGs 흡착 후 CMK-3, CMK-8, DMC 및 CMK-3의 N2 흡착-탈착 등온선을 보여줍니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이, 메조포러스 탄소의 등온선은 이러한 유형의 등온선이 주로 메조포러스이며 기공 크기 범위가 2~50nm 사이라는 점에서 IV형 등온선과 유사합니다(Sanz Pérez et al. , 2019). 흡착과 탈착 등온선 사이의 간격은 모세관 축합 반응으로 인한 히스테리시스 루프로 간주됩니다. 모세관 축합 반응의 경우 모세관 축합은 가장 작은 기공에서 먼저 발생합니다(Barsotti et al., 2016). 이는 CMK-3가 DMC 및 CMK-8보다 작은 메조기공을 가짐을 보여주며 이는 표 1의 결과와 일치합니다. CMK-3의 등온선은 다음과 같은 H1 히스테리시스 루프를 나타냅니다. 이는 모세관 응축과 관련된 빠른 기공 충전을 나타내며 CMK-3의 기공 구조는 합리적으로 질서정연했습니다. DMC의 등온선은 H3 히스테리시스 루프를 나타내며, 이러한 유형의 히스테리시스는 정의되지 않은 다공성 흡착제 구조를 유발하는 기공 네트워크로 인해 무질서한 기공을 나타냅니다. CMK-8 등온선은 H2 히스테리시스 루프를 나타내며, 이는 기공 구조가 복잡하고 기공 크기 분포가 고르지 않음을 나타냅니다.

PhGs 흡착 전후의 CMK-3의 N2 흡탈착 등온선을 비교하였다. 흡착 후 CMK-3의 등온선도 그림 3B의 IV형 등온선과 유사했습니다. 이는 CMK-3가 흡착 후에도 메조다공성 구조를 유지함을 나타냅니다. Table 1에서 볼 수 있듯이, 흡착 후 CMK-3의 비표면적과 기공용적은 현저한 감소를 보였으며, 흡착 전과 후의 CMK-3의 비표면적은 1,{{18 }}98.02에서 227.75m2/g으로, 기공 부피는 1.32에서 0.42cm3/g으로 감소했습니다. 이는 PhGs 분자가 CMK-3에 흡착되었음을 나타냅니다.

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.

그림 4는 세 종류의 메조다공성 탄소(CMK-3, CMK{2}} 및 DMC)의 TGA 곡선을 보여줍니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이, 세 종류의 메조포러스 탄소는 모두 두 가지 뚜렷한 질량 손실 단계를 가지고 있습니다. 질량 손실의 첫 번째 단계는 100℃ 이전에 메조포러스 탄소의 수분 증발로 인한 것이고, 두 번째 질량 손실 단계는 CMK- 3, DMC 및 CMK-8의 온도는 대략 각각 660, 427 및 615oC에서 발생하며 이는 메조다공성 탄소 재료의 산화적 열분해에 해당합니다. CMK-3의 열분해 온도는 CMK-3 및 CMK-8보다 높았으며, CMK-3의 열안정성은 CMK보다 우수함을 알 수 있습니다. -8 및 DMC.

3개의 메조다공성 탄소 흡착 성능 비교 3개의 흡착제는 주로 탄소로 구성되어 있으므로 PhG와 메조다공성 탄소 간의 흡착 상호 작용은 동일한 것으로 간주되었다. 따라서 흡착성능의 차이는 메조다공성 탄소의 물리적 구조의 차이에서 비롯된 것으로 사료된다. 표 2는 세 종류의 메조포러스 탄소의 흡착 성능을 보여준다. 표 2에서 볼 수 있듯이 세 종류의 메조다공성 탄소는 모두 PhG를 흡착할 수 있으며, CMK-3는 CMK-8 및 DMC보다 흡착 성능이 더 우수했습니다. 이는 메조다공성 탄소의 기공 크기가 PhGs 분자보다 크고 세 개의 메조다공성 탄소의 흡착 용량에 영향을 미치는 주요 요인이 기공 크기가 아님을 나타냅니다. CMK-3의 흡착능과 탈착율은 각각 최대 189.37 mg/g과 94.96%로 나타났다. CMK-3의 흡착 용량은 CMK-8보다 높았습니다. CMK-3의 기공용적과 비표면적이 DMC와 CMK-8보다 크기 때문에 흡착성능에 영향을 미치는 주요 요인은 기공용적과 비표면적임을 알 수 있다.

흡착 조건 최적화 CMK-3에 대한 흡착 실험 최적화는 두 가지를 혼합하여 수행되었습니다.액티오사이드와 엔카노사이드. 온도, pH 및 농도는 CMK-3 흡착 성능에 주요 영향을 미치는 요인이었습니다. 따라서 이들 3가지 영향인자가 CMK-3 흡착 성능에 미치는 영향을 조사하였다.

CMK의 흡착 성능에 대한 샘플 농도의 영향-3

CMK{{0}}의 흡착 성능에 대한 시료 농도의 영향은 그림 5에 나와 있습니다. 농도가 증가할수록 흡착 용량이 증가합니다. 샘플 농도가 0.41 mg/g에 도달하면 샘플 농도가 증가함에 따라 흡착 용량이 더 이상 증가하지 않습니다. 샘플의 낮은 초기 농도에서 흡착제 활성 부위는 상대적으로 적은 양의 PhGs 분자를 흡착하는 데 충분했습니다. 대조적으로, 샘플의 높은 초기 농도에서는 흡착제의 고정된 양의 활성 부위가 PhGs 분자의 양을 증가시키는 것을 흡착할 수 없었습니다. 따라서 PhGs 분자에 대한 CMK-3의 흡착 용량은 균형을 이루는 경향이 있습니다.

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CMK의 흡착 성능에 대한 pH의 영향-3

그림 6은 CMK-3의 흡착 성능에 대한 pH의 영향을 보여줍니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 CMK-3에 의한 PhG 흡착에 대한 최적의 pH 값은 6이었습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. PhG는 페놀성 수산기를 많이 갖고 약산성 분자에 속하며, pH 값의 차이가 PhG 분자의 이온화 및 안정성에 영향을 미칩니다. 페놀성 수산기의 이온화는 낮은 pH 값에서 억제되는 반면, PhG에 대한 페놀성 수산기의 안정성은 높은 pH 값에서 감소합니다. PhG에서 페놀성 수산기의 이온화가 억제되면 PhG와 CMK-3 사이의 정전기적 상호작용이 감소하여 PhG에 대한 CMK-3의 흡착 성능이 감소합니다. 따라서 CMK- 3 흡착을 위한 최적 pH는 6이었다.

CMK의 흡착 성능에 대한 온도의 영향-3

온도는 흡착 과정에서 중요한 매개 변수였습니다. 온도는 외부 경계층 경계면뿐만 아니라 흡착제 기공 내부에서도 PhGs 분자의 확산에 영향을 미칩니다. 그림 7은 CMK-3의 흡착 용량에 대한 온도의 영향을 보여줍니다. CMK-3의 흡착 용량은 온도가 30°C에서 60°C로 증가함에 따라 증가합니다. 주된 원인은 공정의 흡열 특성으로 인해 온도가 증가함에 따라 활성 부위가 증가하고, 흡착 온도가 증가함에 따라 흡착제의 입자 내 확산이 증가하는 것으로 보고되었습니다(Peng et al., 2015). . 또한 온도가 증가함에 따라 PhGs 분자의 이동성이 증가하고 확산 저항이 감소했습니다. 온도가 60~80°C인 경우 온도가 증가함에 따라 흡착 용량이 감소합니다. 이는 흡착 온도가 최적의 값을 가지며 PhGs 분자가 고온에서 불안정할 수 있음을 나타냅니다. 따라서 최적 흡착온도는 60℃로 선택되었다.

CMK{{0}}의 최적 흡착 조건은 시료 농도 0.41mg/g, 용액 pH 6, 흡착 온도 60oC였다. 최적 조건에서 CMK-3의 조추출물 내 PhG의 흡착 용량은 358.09 ± 4.13 mg/g으로, 이는 거대다공성 수지(HPD300, 94.93 mg/g)의 PhG 흡착 용량의 3배 이상이었습니다. (리우 외, 2013). 한편, CMK-3의 탈착율은 거대다공성 수지보다 94.67% 더 높았다.

흡착 등온선

흡착 등온선은 그림 8A에 나와 있습니다. 평형 농도가 증가함에 따라 PhG의 흡착 용량이 증가하여 포화 상태에 도달했습니다. CMK-3에 대한 PhG의 흡착 성능을 더 자세히 이해하기 위해 Langmuir 및 Freundlich 모델을 사용하여 CMK-3의 흡착 등온선을 조사했습니다. 다양한 모델에서 얻은 흡착 매개변수는 흡착 메커니즘에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 그림 8B와 C는 Langmuir 및 Freundlich 모델에 의해 모델링된 CMK-3 흡착 등온선을 나타냅니다.

Langmuir 모델은 흡착제 내의 특정 균질한 위치에서 흡착이 일어나고, 흡착된 종들 간에 유의미한 상호작용이 발생하지 않으며, 한 층의 흡착 후에 흡착제가 포화된다는 가정을 기반으로 합니다.

흡착제 표면에 흡착제 분자가 형성됩니다. 선형화된 Langmuir 등온선 방정식은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

Freundlich 모델은 다층 및 이종 표면의 흡착 특성을 설명하는 데 일반적으로 사용되었습니다(Wu et al., 2017). 선형화된 형태는 다음과 같습니다:

여기서 qm(mg/g)은 이론적인 최대 단층 흡착 용량이고, KL(mL/mg)은 흡착물과 흡착제 사이의 친화력을 반영하는 흡착 에너지와 관련된 Langmuir 상수입니다(Wu et al., 2017; He et al. , 2019), KF [(mg/g)·(mL/mg)1/n ] 및 n은 Freundlich 상수입니다. KF는 상대적인 흡착능을 나타내는 지표이고, n은 흡착 추진력의 크기와 결합 부위의 이질성과 관련이 있으며, 1/n은 흡착의 선호도를 나타낸다.

등온선 모델의 매개변수는 표 3에 요약되어 있습니다. Langmuir 모델은 CMK-3에서 PhG의 흡착 데이터를 설명하는 데 Freundlich 모델보다 우수했습니다. 이는 CMK{{2에서 PhG의 흡착이 있음을 나타냅니다. }}는 단순한 단층 흡착 공정이었습니다(Wang F. et al., 2017). 또한, 산소 함유 성분의 존재

CMK{{0}} 표면의 작용기는 PhG의 흡착을 향상시켰습니다. 최대흡착량(qm)은 380.70mg/g으로 실험값과 유사하였다. 또한, PhGs의 1/n 값은 0.22로 계산되었으며, 이는<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. 

흡착 역학

그림 9A에서는 흡착 평형 시간을 결정하기 위해 CMK-3 흡착 용량을 시간 함수로 조사했습니다. 연구 결과에 따르면 평형 흡착 속도는 점차 감소하고 흡착 용량이 평형에 가까워짐에 따라 점차적으로 평준화되는 것으로 나타났습니다. 14시간 후에 흡착평형에 도달하는 것으로 나타났다. 빠른 초기 흡착 속도는 용액 내 PhG와 CMK-3 사이의 높은 농도 구배로 인해 발생할 수 있으며 CMK-3 표면에는 활성 사이트의 가용성이 높습니다.

흡착 동역학은 유사 1차, 유사 2차 및 입자 내 확산 모델을 적용하여 평가되었습니다. CMK-3에 대한 PhG 흡착에 대한 의사 1차, 의사 2차 모델 및 입자 내 확산 모델의 플롯 그래프가 각각 그림 9B-D에 표시되어 있습니다.

동역학 모델의 선형 형태는 다음과 같이 표현됩니다.

유사 1차(Li et al., 2017a):

유사 2차(Tang et al., 2018):

여기서 K1(1/min)과 K2(g/mg·min−1)는 각각 의사 1차 속도 방정식과 의사 2차 속도 방정식의 속도 상수이다. qe(mg/g)는 평형에서의 이론적 흡착 용량입니다.

입자 내 확산 모델:

여기서 Kp는 입자 내 확산 상수(mg/g·min)이고 C는 경계층 효과(mg/g)의 반영입니다.

계산된 qe, 속도상수, 상관계수 값은 Table 4에 나타내었다. pseudo-second-order 모델은 R 2 값이 0.998인 반면, pseudo-first-order 모델의 R 2 값은 다음과 같다. 주문 모델은 0.84였습니다. 이는 의사 2차 모델이 의사 1차 모델보다 더 나은 선형 관계를 나타냄을 의미합니다. 그림 9C는 t/qe 대 t의 선형 플롯이 유사 2차 모델의 실험 데이터와 잘 일치함을 보여줍니다. 의사 2차의 계산된 qe는 실험 데이터와 매우 유사했습니다(표 4). 이러한 결과는 유사 2차가 유사 1차보다 더 적합한 동역학 모델임을 나타냅니다.

그러나 유사 2차 모델의 평가 결과로는 잠재적인 흡착 메커니즘을 결정할 수 없습니다. 흡착 동역학은 외부 확산, 경계층 확산, 입자 내부 확산으로 구성된 확산 메커니즘에 의해 제어된다는 것이 일반적으로 받아들여졌습니다(Wong et al., 2019). 입자 내 확산 모델은 입자 내 확산이 속도 제한 단계인지 확인하는 데 사용되었습니다.

입자 내 확산은 qt 대 t1/2가 선형일 때 속도 제한 단계라고 합니다. 입자 내 확산은 곡선이 원점을 통과할 때 유일한 속도 제어 단계였습니다. 그림 9D에서 볼 수 있듯이 입자 내 확산은 두 가지 다른 단계에 의해 제어됩니다. 곡선의 첫 번째 단계는 표면 흡착을 나타냅니다. 두 번째 단계는 CMK-3 기공의 입자 내 확산을 나타냅니다. 입자 내 확산 플롯이 원점을 통과하지 못했기 때문에 모델은 흡착 메커니즘이 하나 이상의 메커니즘이고 입자 내 확산이 유일한 속도 제한 단계가 아니라는 것을 나타냅니다. 따라서 CMK-3에 대한 PhGs 흡착 메커니즘은 외부 표면 흡착과 입자 내부 확산이 동시에 발생하여 복잡하다고 결론 내릴 수 있습니다.

반복실험

재사용성은 실제 적용에서 흡착제의 사용과 가치를 고려하는 데 중요한 요소입니다. 따라서 조추출물에 대한 CMK-3의 순환흡착 성능을 테스트하였다. 그림 10은 Cistanche tubeulosa 조추출물에 대한 CMK-3의 순환 흡착 결과를 보여줍니다. 그림 10에서 볼 수 있듯이 3회 흡착 주기 후에 CMK-3의 흡착 용량이 358.09 ± 4.13 mg/g에서 320.78 ± 5.62 mg/g으로 변경되었으며, 이는 CMK-3가 양호했음을 나타냅니다. 반복성 및 CMK-3는 PhG를 흡착하기 위해 반복적으로 사용될 수 있습니다.

결론

세 종류의 메조포러스 탄소에 대한 PhGs의 흡착 특성을 조사하고 흡착 전후의 메조포러스 탄소를 특성화했습니다. 그 결과, 3가지 흡착제(CMK- 3, DMC, CMK-8) 중 CMK-3가 비표면적과 기공 부피가 가장 크고, PhGs 분자를 보다 효과적으로 흡착할 수 있는 것으로 나타났습니다. DMC 및 CMK-8보다Cistanche tubeulosa 추출물.CMK-3 표면의 산소 함유 작용기는 PhG 분자에 대한 많은 수의 활성 흡착 사이트를 제공할 수 있기 때문입니다. 또한, PhGs의 수산기와 CMK- 3의 산소 함유 작용기 사이에 수소 결합이 형성되었습니다. PhGs에 대한 조추출물의 흡착능은 0.41 mg/L, pH=6 및 60oC의 최적 조건에서 358.09 ± 4.13 mg/g이었고, CMK의 해당 탈착 속도는 -3는 95.02%였습니다. 흡착 데이터는 PhG의 흡착이 Langmuir 모델 및 유사 2차 모델을 밀접하게 따랐음을 나타냈으며, 입자 내 확산 모델은 흡착의 속도 제한 단계가 입자 내 확산 모델임을 시사했습니다. CMK-3는 Cistanche tubeulosa의 PhG를 매우 효율적으로 흡착하기 위한 잠재적인 흡착제로 사용될 수 있습니다.

천연 시스탄체 투불로사 추출물 시스탄체 허브 추출물 PHGS75% ECH 30% ACT 12%