活性炭改性調(diào)控對人體肌酐毒素吸附性能及機(jī)理研究(摘要)

王金表

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091； 2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

活性炭改性調(diào)控對人體肌酐毒素吸附性能及機(jī)理研究(摘要)

Study on Adsorption Properties and Mechanism of Modified Activated Carbon for the Removal of Creatinine Toxin(Abstract)

王金表

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091； 2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

慢性腎衰竭是一種高發(fā)病率和高致死率的疾病，口服吸附劑清除腸道內(nèi)的尿毒癥毒素是一種有效的治療方法，且操作方便、成本低廉、患者易于接受，已逐漸成為治療慢性腎衰竭的一種重要途徑。藥用活性炭無毒性、價格低、吸附力強(qiáng)、不為消化液或細(xì)菌所分解、原型可由糞便排出，臨床上既往用于急性中毒、傳染性胃腸道疾病等吸附治療，效果值得肯定。通過口服藥用活性炭吸附劑可清除患者胃腸道中的肌酐毒素，延緩腎衰竭，降低終末期腎衰竭發(fā)生率，延長患者生命。目前市售活性炭存在孔徑分布不集中、選擇吸附性差、吸附量小等缺點(diǎn)，因此開展增強(qiáng)活性炭對肌酐毒素的靶向吸附、提高肌酐吸附量的研究工作有重要意義和價值。論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：

1.活性炭孔結(jié)構(gòu)特征與肌酐吸附性能關(guān)系研究。分別采用水蒸氣、CO2和KOH三種活化劑制備出具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭，研究了活性炭孔結(jié)構(gòu)與肌酐吸附性能之間的關(guān)系。試驗結(jié)果表明：活性炭BET比表面積越大，肌酐吸附量也越大；當(dāng)比表面積相近時，微孔容積高，肌酐吸附量大；活性炭對肌酐的吸附屬于微孔吸附，1～2.5 nm的微孔對肌酐吸附有利，平均孔徑在2.2 nm附近的活性炭對肌酐的吸附量達(dá)到103.8 mg/g；活性炭對肌酐的吸附能力取決于比表面積、總孔容、微孔率幾個因素的共同作用，只有當(dāng)活性炭的BET比表面積較大、總孔容較高、微孔率也較大時才具有最快的肌酐吸附速率和最大的肌酐吸附量。

2.椰殼活性炭孔結(jié)構(gòu)定向調(diào)控及肌酐吸附性能研究。采用CO2二次活化和高溫重整兩種方法對椰殼活性炭的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，研究了孔結(jié)構(gòu)調(diào)整對肌酐吸附性能的影響。結(jié)果表明：1)二次活化對活性炭有明顯擴(kuò)孔作用，相對來說，提高二次活化溫度對增強(qiáng)肌酐吸附能力更有效，擴(kuò)孔后活性炭對肌酐吸附量提高了28.87 mg/g；2)高溫重整后炭骨架收縮，孔徑分布向微孔集中,碘、亞甲基藍(lán)吸附值有明顯提高，肌酐吸附量均提高至93 mg/g以上；3)FT-IR分析結(jié)果顯示，高溫重整后椰殼活性炭表面官能團(tuán)發(fā)生了較大變化,表現(xiàn)為游離羥基含量大幅增加，另外內(nèi)酯基和酚羥基含量也有所提高，其孔隙結(jié)構(gòu)變化相對較小，說明表面官能團(tuán)對肌酐吸附量變化有一定作用。

3.椰殼活性炭表面改性對肌酐吸附性能研究。以鹽酸為改性劑，針對鹽酸摩爾濃度、鹽酸用量、改性溫度、改性時間四個條件做單因素試驗和L16(45)四因素四水平正交試驗，考察鹽酸改性對肌酐吸附性能影響。結(jié)果表明：各因素對肌酐吸附量影響順序為改性溫度>改性時間>鹽酸摩爾濃度>鹽酸用量；最佳改性條件為：鹽酸濃度3 mol/L、鹽酸用量10 mL/g、改性溫度60 ℃、改性時間6 h，改性后肌酐吸附量提高了16.6%；紅外分析顯示，經(jīng)鹽酸改性后活性炭表面的酚羥基、羧基等酸性含氧官能團(tuán)增加，且隨改性條件加劇基團(tuán)增加比例越大。鹽酸改性后酸性官能團(tuán)數(shù)量增加，增強(qiáng)了活性炭表面極性，從而提高了對極性分子肌酐的吸附量。

4.吸附環(huán)境對肌酐吸附性能影響及吸附動力學(xué)研究。以前面試驗制備所得性能最優(yōu)的活性炭為吸附劑，考察了活性炭添加量、吸附時間、肌酐溶液初始質(zhì)量濃度、吸附溫度、pH值對肌酐吸附性能的影響，采用Lagergren準(zhǔn)一級、準(zhǔn)二級及顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型對吸附數(shù)據(jù)擬合處理，確定了動力學(xué)模型參數(shù)。結(jié)果顯示：椰殼活性炭在6 h內(nèi)達(dá)到吸附飽和，飽和吸附量為95.14 mg/g，遠(yuǎn)高于氧化纖維素和氧化淀粉(吸附量約為20～30 mg/g)；肌酐初始質(zhì)量濃度增加，吸附量也相應(yīng)提高；pH值對肌酐吸附量無明顯影響；吸附過程為吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于肌酐吸附，推測該吸附過程存在化學(xué)吸附；準(zhǔn)二級動力學(xué)模型對肌酐吸附過程擬合度更好，證明活性炭對肌酐的吸附過程存在化學(xué)吸附。

椰殼活性炭；肌酐；吸附；孔結(jié)構(gòu)調(diào)控；表面改性

指導(dǎo)老師：蔣劍春(1955—)，男，江蘇溧陽人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能源和炭材料的研究開發(fā)工作；E-mail：bio-energy@163.com。