具有不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及维生素B-(12)吸附性能的研究

具有不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及维生素B吸附性能的研究刘植昌1，凌立成2，吕春祥1，乔文明1，樊彦贞2，刘朗（1.中国科学院山西煤炭化学研究所2.煤转化国家重点实验室，山西太原030001）炭对肌酐及VB的吸附性能，并与BET比表面积及孔结构进行了关联。结果表明，具有微孔结构的沥青基球状活性炭对小分子肌酐的吸附性能较好具有中孔结构的沥青基球状活性炭对中分子物质VB具有较好的吸附性能而中孔与微孔并存的沥青基球状活性炭对肌酐及VB都有较好的吸附性能。孔结构沥青基球状活性炭1引言生物医学材料是一类有着极为广泛应用前景的功能材料，它不仅与改善人民的生活质量息息相关，而且可形成一类能产生高附加值的高技术产业，其中免疫吸附和血液净化用吸附材料的研究方兴未艾。血液净化吸附剂主要有活性炭、吸附树脂、离子交换树脂和琼脂等[11].近年来人们更多选用形状规整的球状活性炭，以利于血液流动和减少对血液有形成分的破坏。本研究以沥青为原料，成功地研制出了强度高、比表面积大、吸脱附速度快的沥青基球状活性炭[12，13]，并在此基础上对其孔结构进行了有效的控制，制备出了孔结构不同的沥青基球状活性炭[14，15].肌酐是具有代表性的典型生理小分子，而VB是血液中中分子物质的代表成分。本工作主要研究了具有不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及VB的吸附性能，考察了比表面积及孔结构与吸附性能的关系，为沥青基球状活性炭作为吸附剂用于血液净化提供有效的参考数据。2实验2.1具有不同孔结构的沥青基球状活性炭的制备以中温煤焦油沥青为原料，添加一定量的萘，利用乳化法制备沥青球，然后经不熔化、炭化和水蒸气活化，制得以微孔为主的沥青基球状活性炭（PSACW）以中温煤焦油沥青为原料，添加一定量的二茂铁和萘，利用乳化法制得含铁沥青球，经不熔化、炭化和水蒸气活化（氮气气氛），制得微孔与中孔并存的沥青基球状活性炭（PSAC取上面制得的含铁沥青球，经不熔化、炭化，然后在氢气气氛中进行活化，制得以中孔为主的沥青基球状活性炭（PSAC2.2各种沥青基球状活性炭BET比表面积及孔径分布的测定组合型物理吸附仪测定各种沥青基球状活性炭的N等温线，由BET法测定比表面积，由DFT法求得各种活性炭的孔径分布，由tplot法测定微孔孔容，所得结果列于表1及图孔结构参数2.3不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐及VB吸附性能的研究吸附等温线的测定配置一个浓度系列的肌酐和VB溶液，分别取各个浓度的肌酐或VB溶液50ml加入锥形瓶中，然后分别加入25mg左右的各种沥青基球状活性炭，在37℃±1.0℃进行吸附，静置24h后测定残液浓度，计算吸附量，绘制吸附等温线。吸附速度曲线的测定取250ml一定浓度的肌酐和VB溶液，分别加入0.10g不同孔结构的沥青基球状活性炭，在37℃±1.0℃搅拌，进行吸附测定，计时取样，测定不同时间的残液浓度。溶液浓度的测定利用7550型紫外可见分光光度计（惠普上海仪器公司），测定肌酐溶液（234nm）及VB溶液（361nm）的吸光度值，然后根据朗伯比尔定律分别计算肌酐及VB溶液相应的浓度。3结果与讨论3.1各种沥青基球状活性炭孔结构性质布图。从中可以明显看出，PSACW主要含有微孔，PSACWZ既含有微孔又含有较多的中孔，而PSACZ主要含有中孔。表1列出了3种沥青基球状活性炭的BET比表面积及孔容基金来源：国家863计划（8637150020192）及中国科学院院长基金联合资助项目Z的BET比表面积最小而孔容的大小顺序是PSACZ3.2对肌酐吸附性能的研究吸附等温线，由此可见，3条吸附等温线都属于Ⅰ型（Langmuir型）吸附等温线。另外，对肌酐吸附量的大小顺序为PSACWZPSACWPSACZ对肌酐的吸附速度也呈现出如上的大小顺序（图3）。（溶液起始浓度：mg/l）PSACWZ与PSACW的BET比表面积接近，但是由于PSACWZ的孔容较大，所以其对肌酐的吸附量也较大然而，虽然PSACZ的孔容最大，但由于它的BET比表面积最小，所以导致对肌酐的吸附量也最小。因此，对肌酐吸附量的大小取决于BET比表面积的高低及孔容的大小两个方面的因素，只有BET比表面积较高且孔容较大的沥青基球状活性炭（如PSACWZ）才具有对肌酐的最大吸附量（图2）。由于PSACWZ中含有较多的中孔，所以更有利于肌酐分子较快速地扩散到微孔内部发生吸附而PSACW由于主要含有微孔，导致肌酐分子扩散速度较慢，所以与PSACW相比PSACWZ吸附肌酐的速度较快PSACZ的吸附速度慢则主要是由于其吸附量小导致的。但由于PSACZ主要为中孔结构，有利于肌酐分子的扩散，所以PSACZ对肌酐的吸附达到平衡状态的时间最短W达到吸附平衡的时间最长（90min）。吸附等温线及吸附速度曲线的测定的吸附等温线。PSACZ对VB的吸附等温线属于Ⅰ型吸附等温线。PSACWZ和PSACW的吸附等温线随VB浓度的增大一直处于上升的趋势。其中PSACWZ的吸附等温线在浓度较低时低于PSACZ的吸附等温线，而当VB的浓度大于150mg/l时超出了后者。从图5可以看出，在VB的起始浓度为93mg/l时，PSACZ的吸附速度一直大于PSACWZ的吸附速度，且达到吸附平衡时浓度较低（图5A）而当VB的起始浓度为270mg/l时，在吸附的开始阶段与图5A中的情况相同，但随着PSACZ达到吸附平衡，PSACWZ对VB继续产生吸附，导致其平衡吸附量最终超过了PSACZ（图5B），这与图4中的现象相吻合。的吸附等温线的动态吸附曲线以上现象可以从3种沥青基球状活性炭的孔结构的特点上得到解释。PSACZ主要含有中孔，孔径主要分布在10nm以分子直径（2.09nm）的数倍到几十倍，所以VB在如此大的孔径中易于扩散，吸附速度快（图5），且其对VB的吸附等温线为Langmuir型吸附等温线（图4）。PSACW主要为微孔结构，VB分子不能或很难进入微孔产生吸附，所以对VB的吸附速度最慢，吸附量最小（图4及图5）。或低，从而影响HAP的生成，导致抗压强度出现一极大值。同浓度升高，因同离子效应，碱性（pH8）时副产物生成的速率加快，初凝时间随之缩短。4结论本文对新型的骨水泥产品CMCS的制备工艺条件和水化反应机理进行了讨论和分析，得到以下几点结论。（1）CMCS粉末各组分最佳摩尔配比大致是αTCP：：23.5，即摩尔比为12∶1∶4，固化液浓度以2.78mol/l为好，液固比（l/s）为1.2左右（质量百分比）。（2）CMCS体系采用碱性组分和酸性组分，使体系的pH值稳定在中性或略偏碱性，有利于HAP的生成，CaCO主要作为改性剂，调解产品CMCS的孔隙率，有利于其抗压强度的提高，同时，三者增加了溶液中Ca的浓度使反应速度加快，初凝时间缩短。（3）体系中少量的HPO，它们分别取代了6戴红莲，陈芳，闫玉华。武汉工业大学学报，1996，18（1）：437沈卫，顾燕芳，刘昌胜。华东理工大学学报，1997，23（5）：5808戴红莲，罗泽波，陈芳。武汉工业大学学报，1996，18（2）：而PSACW中既含有中孔也有微孔的存在，所以其吸附速度处于PSACW和PSACZ之间。由于其有比较大的比表面积和孔容，且孔径分布较宽，导致吸附等温线随VB浓度的增大呈现上升的趋势（图4），最终出现PSACZ与PSACWZ的吸附等温线出现交叉的现象。从以上结果可知，中孔对VB吸附量的大小及吸附速度的快慢有重要的决定作用。4结论（1）3种不同孔结构的沥青基球状活性炭对肌酐的吸附主要为单分子层的Langmuir吸附，吸附量的大小受BET比表面积和孔容两个方面因素的制约，中孔的存在有利于提高对肌酐的吸附速度。（2）以中孔为主的PSACZ对VB的吸附为Langmuir型吸附，而微孔与中孔并存的PSACWZ及以微孔为主的PSAC的吸附随VB浓度的提高呈现上升的趋势，中孔比例越高越有利于提高对VB的吸附速度，中孔对VB的吸附起重要的决定作用。1宋燕，乔文明，凌立成，等。特种功能材料学术讨论会论文集，四川成5郭贤权，于占如，何炳林，等。离子交换与吸附，1990，6（3）：236郭贤权，于占如，何丹，等。高等学校化学学报，1991，12（8）：012王克温，乔文明，刘植昌，等。炭素技术，1996，2：513乔文明，王克温，凌立成，等。燃料化学学报，1996，4：37514刘植昌，凌立成，乔文明，等。炭素，1998，3：34jklifred港口干雾抑尘机=38