具有不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對肌酐及維生素B_(12)吸附性能的研究

1、具有不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對肌酐及維生素B吸附性能的研究劉植昌1，凌立成2，呂春祥1，喬文明1，樊彥貞2，劉朗（1 .中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所2.煤轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030001）炭對肌酐及VB的吸附性能，并與BET比表面積及孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，具有微孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對小分子肌酐的吸附性能較好具有中孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對中分子物質(zhì)VB具有較好的吸附性能而中孔與微孔并存的瀝青基球狀活性炭對肌酐及VB都有較好的吸附性能?？捉Y(jié)構(gòu)瀝青基球狀活性炭1引言生物醫(yī)學(xué)材料是一類有著極為廣泛應(yīng)用前景的功能材料，它不僅與改善人民的生活質(zhì)量息息相關(guān)，而且可形成一類能產(chǎn)生高附加

2、值的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中免疫吸附和血液凈化用吸附材料的研究方興未艾。血液凈化吸附劑主要有活性炭、吸附樹脂、離子交換樹脂和瓊脂等 11.近年來人們更多選用形狀規(guī)整的球狀活性炭，以利于血液流動和減少對血液有形成分的破壞。本研究以瀝青為原料，成功地研制出了強(qiáng)度高、比表面積大、吸脫附速度快的瀝青基球狀活性炭 12， 13，并在此基礎(chǔ)上對其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的控制，制備出了孔結(jié)構(gòu)不同的瀝青基球狀活性炭 14 ， 15.肌酐是具有代表性的典型生理小分子，而VB是血液中中分子物質(zhì)的代表成分。本工作主要研究了具有不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對肌酐及VB的吸附性能，考察了比表面積及孔結(jié)構(gòu)與吸附性能的關(guān)系，為瀝青基球狀

3、活性炭作為吸附劑用于血液凈化提供有效的參考數(shù)據(jù)。2實(shí)驗(yàn)2 .1具有不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭的制備以中溫煤焦油瀝青為原料，添加一定量的萘，利用乳化法制備瀝青球，然后經(jīng)不熔化、炭化和水蒸氣活化，制得以微孔為主的瀝青基球狀活性炭（PSACW）以中溫煤焦油瀝青為原料，添加一定量的二茂鐵和萘，利用乳化法制得含鐵瀝青球，經(jīng)不熔化、炭化和水蒸氣活化（氮?dú)鈿夥眨?，制得微孔與中孔并存的瀝青基球狀活性炭（PSAC 取上面制得的含鐵瀝青球，經(jīng)不熔化、炭化，然后在氫氣氣氛中進(jìn)行活化，制得以中孔為主的瀝青基球狀活性炭（PSAC 2.2各種瀝青基球狀活性炭BET比表面積及孔徑分布的測定組合型物理吸附儀測定各種瀝青基球

4、狀活性炭的N等溫線，由BET法測定比表面積，由DFT法求得各種活性炭的孔徑分布，由t plot法測定微孔孔容，所得結(jié)果列于表1及圖孔結(jié)構(gòu)參數(shù)2.3不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對肌酐及VB吸附性能的研究吸附等溫線的測定配置一個(gè)濃度系列的肌酐和VB溶液，分別取各個(gè)濃度的肌酐或VB溶液50ml加入錐形瓶中，然后分別加入25mg左右的各種瀝青基球狀活性炭，在371 .0進(jìn)行吸附，靜置24h后測定殘液濃度，計(jì)算吸附量，繪制吸附等溫線。吸附速度曲線的測定取250ml一定濃度的肌酐和VB溶液，分別加入0.10g不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭，在371.0攪拌，進(jìn)行吸附測定，計(jì)時(shí)取樣，測定不同時(shí)間的殘液濃度。溶

5、液濃度的測定利用7550型紫外可見分光光度計(jì)（惠普上海儀器公司），測定肌酐溶液（234nm）及VB溶液（361nm）的吸光度值，然后根據(jù)朗伯比爾定律分別計(jì)算肌酐及VB溶液相應(yīng)的濃度。3結(jié)果與討論3.1各種瀝青基球狀活性炭孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)布圖。從中可以明顯看出， PSACW主要含有微孔， PSACWZ既含有微孔又含有較多的中孔，而PSAC Z主要含有中孔。表1列出了3種瀝青基球狀活性炭的BET比表面積及孔容基金來源：國家863計(jì)劃（8637150020192）及中國科學(xué)院院長基金聯(lián)合資助項(xiàng)目Z的BET比表面積最小而孔容的大小順序是PSAC Z3 .2對肌酐吸附性能的研究吸附等溫線，由此可見， 3條吸附

6、等溫線都屬于型（Langmuir型）吸附等溫線。另外，對肌酐吸附量的大小順序?yàn)镻SAC WZPSACWPSACZ對肌酐的吸附速度也呈現(xiàn)出如上的大小順序（圖3）。（溶液起始濃度：mg/ l）PSACWZ與PSACW的BET比表面積接近，但是由于PSACWZ的孔容較大，所以其對肌酐的吸附量也較大然而，雖然PSACZ的孔容最大，但由于它的BET比表面積最小，所以導(dǎo)致對肌酐的吸附量也最小。因此，對肌酐吸附量的大小取決于BET比表面積的高低及孔容的大小兩個(gè)方面的因素，只有BET比表面積較高且孔容較大的瀝青基球狀活性炭（如PSAC WZ）才具有對肌酐的最大吸附量（圖2）。由于PSACWZ中含有較多的中孔，

7、所以更有利于肌酐分子較快速地?cái)U(kuò)散到微孔內(nèi)部發(fā)生吸附而PSACW由于主要含有微孔，導(dǎo)致肌酐分子擴(kuò)散速度較慢，所以與PSACW相比PSACWZ吸附肌酐的速度較快PSACZ的吸附速度慢則主要是由于其吸附量小導(dǎo)致的。但由于PSACZ主要為中孔結(jié)構(gòu)，有利于肌酐分子的擴(kuò)散，所以PSAC Z對肌酐的吸附達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間最短W達(dá)到吸附平衡的時(shí)間最長（90min）。吸附等溫線及吸附速度曲線的測定的吸附等溫線。PSACZ對VB的吸附等溫線屬于型吸附等溫線。PSACWZ和PSACW的吸附等溫線隨VB濃度的增大一直處于上升的趨勢。其中PSACWZ的吸附等溫線在濃度較低時(shí)低于PSACZ的吸附等溫線，而當(dāng)VB的濃度大于

8、150mg/ l時(shí)超出了后者。從圖5可以看出，在VB的起始濃度為93mg/ l時(shí)，PSACZ的吸附速度一直大于PSACWZ的吸附速度，且達(dá)到吸附平衡時(shí)濃度較低（圖5 A）而當(dāng)VB的起始濃度為270mg/ l時(shí)，在吸附的開始階段與圖5A中的情況相同，但隨著PSACZ達(dá)到吸附平衡， PSACWZ對VB繼續(xù)產(chǎn)生吸附，導(dǎo)致其平衡吸附量最終超過了PSACZ（圖5B），這與圖4中的現(xiàn)象相吻合。的吸附等溫線的動態(tài)吸附曲線以上現(xiàn)象可以從3種瀝青基球狀活性炭的孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)上得到解釋。PSACZ主要含有中孔，孔徑主要分布在10nm以分子直徑（2.09nm）的數(shù)倍到幾十倍，所以VB在如此大的孔徑中易于擴(kuò)散，吸附速度

9、快（圖5），且其對VB的吸附等溫線為Langmuir型吸附等溫線（圖4）。PSACW主要為微孔結(jié)構(gòu)， VB分子不能或很難進(jìn)入微孔產(chǎn)生吸附，所以對VB的吸附速度最慢，吸附量最?。▓D4及圖5）?；虻?，從而影響HAP的生成，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)一極大值。同濃度升高，因同離子效應(yīng)，堿性（pH 8）時(shí)副產(chǎn)物生成的速率加快，初凝時(shí)間隨之縮短。4結(jié)論本文對新型的骨水泥產(chǎn)品CMCS的制備工藝條件和水化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了討論和分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。（1）CMCS粉末各組分最佳摩爾配比大致是TCP：23.5，即摩爾比為12 1 4，固化液濃度以2.78mol/l為好，液固比（l/ s）為1.2左右（質(zhì)量百分比）。（2）

10、CMCS體系采用堿性組分和酸性組分，使體系的pH值穩(wěn)定在中性或略偏堿性，有利于HAP的生成， CaCO主要作為改性劑，調(diào)解產(chǎn)品CMCS的孔隙率，有利于其抗壓強(qiáng)度的提高，同時(shí)，三者增加了溶液中Ca的濃度使反應(yīng)速度加快，初凝時(shí)間縮短。（3）體系中少量的HPO，它們分別取代了6戴紅蓮，陳芳，閆玉華。武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1996， 18（1）：43 7沈衛(wèi)，顧燕芳，劉昌勝。華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997， 23（5）：580 8戴紅蓮，羅澤波，陳芳。武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1996， 18（2）：而PSACW中既含有中孔也有微孔的存在，所以其吸附速度處于PSACW和PSACZ之間。由于其有比較大的比表面積和

11、孔容，且孔徑分布較寬，導(dǎo)致吸附等溫線隨VB濃度的增大呈現(xiàn)上升的趨勢（圖4），最終出現(xiàn)PSACZ與PSACWZ的吸附等溫線出現(xiàn)交叉的現(xiàn)象。從以上結(jié)果可知，中孔對VB吸附量的大小及吸附速度的快慢有重要的決定作用。4結(jié)論（1）3種不同孔結(jié)構(gòu)的瀝青基球狀活性炭對肌酐的吸附主要為單分子層的Langmuir吸附，吸附量的大小受BET比表面積和孔容兩個(gè)方面因素的制約，中孔的存在有利于提高對肌酐的吸附速度。（2）以中孔為主的PSACZ對VB的吸附為Langmuir型吸附，而微孔與中孔并存的PSAC WZ及以微孔為主的PSAC的吸附隨VB濃度的提高呈現(xiàn)上升的趨勢，中孔比例越高越有利于提高對VB的吸附速度，中孔對VB的吸附起重要的決定作用。1宋燕，喬文明，凌立成，等。特種功能材料學(xué)術(shù)討論會論文集，四川成5郭賢權(quán)，于占如，何炳林，等。離子交