關于球形木質素樹脂對苦參堿吸附的動力學的研究
動力學是理論力學的一個分支學科，它主要研究作用于物體的力與物體運動的關系。動力學的研究對象是運動速度遠小于光速的宏觀物體。動力學是物理學和天文學的基礎，也是許多工程學科的基礎。許多數(shù)學上的進展也常與解決動力學問題有關，所以數(shù)學家對動力學有著濃厚的興趣。本論文主要是關于球形木質素樹脂對苦參堿吸附的動力學的研究，希望對大家有幫助!
論文摘要：通過靜態(tài)吸附法研究了4種球形木質素樹脂對苦參堿的吸附和解吸性能，篩選出性能好的樹脂D，考察了該樹脂重復使用的效果，研究了其動力學性質。試驗表明，樹脂D對苦參堿的吸附和解吸效果好;樹脂D經(jīng)6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。球形木質素樹脂D對苦參堿吸附過程速率由表面擴散和顆粒內(nèi)擴散共同控制，以顆粒內(nèi)擴散為主，吸附活化能Ea=4.758 kJ·mol-1。
論文關鍵詞： 球形木質素樹脂;苦參堿;吸附;動力學
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，利尿�？鄥A(Matrine)是從苦參或同科植物廣豆根(S. subprostrata Chun et T.Chen)中分離出來的代表性活性生物堿。現(xiàn)代藥理學研究表明，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[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。
木質素是由苯丙烷類結構單元組成的存在于植物體內(nèi)的復雜化合物，是自然界唯一存在的芳香類大分子物質，其分子中含有多種活性官能團。木質素作為自然界僅次于纖維素的第二大量的有機物質，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素就達3000萬噸，其中大部分都沒有得到的利用，醫(yī)學碩士排放到環(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素已成為一個研究熱點[2,3]。
以木質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用，但在有機物的吸附分離方面研究較少。一般的木質素吸附劑以粉狀和微細顆粒為主，孔結構不好，比表面積小，吸附容量低，水力學性能差，通透性也不好，難以實現(xiàn)大規(guī)模的應用。球形木質素樹脂有著諸多優(yōu)點，如疏松和親水性網(wǎng)絡的基體、比表面積大、通透力強、水力學性能好，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。本課題組著力進行球形木質素樹脂對苦參堿的吸附分離方法的研究，已報到了球形木質素樹脂對苦參堿吸附的熱力學性質[4]，本文進一步報道球形木質素樹脂對食管癌苦參堿吸附的熱力學性質的研究結果。
2. 實驗部分
2.1 試劑與儀器苦參堿(實驗室自制，純度98%);4種球形木質素樹脂A、B、C、D(自編號分別為：
本課題得到了高等學校博士學科點專項科研基金(No.20060633003)、國家中醫(yī)藥管理局課題(No.06-07ZQ14)、中國博士后科學基金(No.20070420138)的資助。由福州大學環(huán)境與資源學院項目合作單位制備);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-可見分光光度計;DZG-6020真空干燥箱。
2.2 球形樹脂及其處理將樹脂用丙酮在索氏提取器中加熱回流，以除去殘留在樹脂孔道中的致孔劑及其它雜質，揮干丙酮后在真空干燥箱中60℃干燥至恒重，備用。
2.3 分析方法和標準曲線分析方法采用紫外分光光度法進行。由于吸附試驗是在水溶液中進行，而解吸溶劑為95%的乙醇溶液，因溶劑不同可能會導致苦參堿的摩爾吸光系數(shù)不同從而影響濃度測試的準確性，故分別繪制吸附標準曲線和解吸標準曲線。
吸附標準曲線：準確稱量苦參堿10mg，用50ml蒸餾水溶解，分別取0ml、1ml、2ml、3ml、4ml、5ml，定容至10ml。波長220nm處測定各溶液吸光度，以吸光度為縱坐標，以濃度為橫坐標，得線性回歸方程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性關系。
解吸標準曲線：方法同上，只是將水換為95%的乙醇。得線性回歸方程A=16.573c，r=0.998(A為吸光度;c為濃度，mg/ml)。結果表明，苦參堿在95%的乙醇溶液中濃度在0～0.1mg/ml具有良好的線性關系。
2.4 吸附和解吸試驗吸附試驗方法[4]：分別取0.1g樹脂A、樹脂B、樹脂C、樹脂D各三份于具塞三角瓶中，每個三角瓶中加入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)，然后離心過濾，使樹脂表面無液體，濾液用紫外-可見分光光度計于220nm測定吸光度。分別計算每種樹脂三個樣本的吸附容量和吸附率，以三個樣本吸附容量和吸附率的平均值作為該樹脂的在實驗條件下對苦參堿的吸附容量和吸附率。
解吸試驗方法：向含已離心過濾的木質素樹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)，然后離心過濾，使樹脂表面無液體，濾液用紫外-可見分光光度計于220nm測定吸光度。分別計算每種樹脂三個樣本的解吸率，以三個樣本解吸率的平均值作為該樹脂在實驗條件下對苦參堿的解吸率。
2.5 樹脂的重復使用為了檢驗球形木質素的實際應用能力，對樹脂的重復使用數(shù)次后的吸附率和解吸率進行了考察。按照2.4所述的實驗過程，重復進行6次樹脂D對苦參堿的吸附解吸實驗，計算每次的吸附率和解吸率。樹脂D進行再生處理操作過程同2.2所述。
2.6 吸附動力學實驗稱取5份0.1g球形木質素樹脂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)，離心過濾，分別測定吸光度。改變溫度為313K、323K，重復上述操作。
3. 結果與討論
3.1 吸附和解吸試驗結果由表1知，四種樹脂對于苦參堿的吸附性能差異較大，樹脂C、樹脂D吸附容量都在50mg以上，其中樹脂D吸附容量了達到55mg以上，樹脂A和樹脂B的吸附容量小，吸附性能較差。但樹脂C的解吸效果差，僅達到52.7%，樹脂D的解吸率在90%以上。樹脂D即具有較佳的吸附能力，又容易解吸，因此，隨后的試驗選用樹脂D進行。
3.2樹脂的重復使用效果從表2中看出，經(jīng)過6次使用后，木質素的吸附率和解吸率仍達90%左右，這兩項指標的降低率均在5%以內(nèi)，且并且趨于穩(wěn)定，說明木質素樹脂能夠重復使用。
3.3 吸附動力學性質
3.3.1 表面擴散和顆粒內(nèi)擴散模型根據(jù)Dumwald-Wagner動力學理論，吸附速率主要由液膜擴散或顆粒內(nèi)擴散控制或兩者共同影響。因此，木質素樹脂吸附苦參堿主要是受表面擴散和顆粒內(nèi)擴散兩個步驟速度的影響，而其中速度最慢的一步是吸附過程的速度控制步驟。
用上述方程對實驗數(shù)據(jù)進行處理，確定反應的速度控制步驟。
3.3.2 吸附反應的速率常數(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為絕對溫度，K。-1-1-1對lnB2和1/T進行線性回歸，然后由直線斜率來求出吸附反應的活化能�；貧w方程：lnB2=-1.6905-572.26/T，相關系數(shù)r=0.999，則Ea=4.758 kJ.mol-1，A=0.0204�；罨茉酱�，反應速率就越小。而Ea=4.758 kJ.mol-1，說明其在樹脂上的吸附速率大，吸附過程是速吸附過程，同時也說明苦參堿在球形木質素吸附劑D的吸附過程是以顆粒內(nèi)擴散為主，是吸附過程的主要的限速步驟。
4. 結論
(1)通過對四種樹脂的考察，球形木質素樹脂D對苦參堿的吸附和解吸效果最好;樹脂D的重復使用的效果好，經(jīng)6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。
(2)對苦參堿在球形木質素樹脂D上吸附的動力學進行研究，結果表明：吸附過程速率由表面擴散和顆粒內(nèi)擴散共同控制，以顆粒內(nèi)擴散為主。
參考文獻
[1] 張靜濤，王偉，段振華.苦參堿類生物堿的應用進展[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學進展，2007，7(3)：451-454.
[2] 范娟，詹懷宇，劉明華.木質素基吸附材料的研究進展[J].中國造紙學報，2004，19(2)：181-187.
[3] 蔣挺大.《木質素》[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2001.
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