关于球形木质素树脂对苦参碱吸附的动力学研究
苦参碱是由豆科植物苦参的干燥根、植株、果实经乙醇等有机溶剂提取制成的， 是生物碱。一般为苦参总碱，其主要成分有苦参碱、槐果碱、氧化槐果碱、槐定碱等多种生物碱，以苦参碱、氧化苦参碱含量最高。其他来源为山豆根及山豆根地上部分，纯品外观为白色粉末。本论文主要研究球形木质素树脂对苦参碱吸附的动力学，希望大家喜欢!
论文摘要：通过静态吸附法研究了4种球形木质素树脂对苦参碱的吸附和解吸性能，筛选出性能好的树脂D，考察了该树脂重复使用的效果，研究了其动力学性质。试验表明，树脂D对苦参碱的吸附和解吸效果好;树脂D经6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。球形木质素树脂D对苦参碱吸附过程速率由表面扩散和颗粒内扩散共同控制，以颗粒内扩散为主，吸附活化能Ea=4.758 kJ·mol-1。
论文关键词： 球形木质素树脂;苦参碱;吸附;动力学
1. 引言
苦参为豆科植物苦参(Sophora flavescens Ait.)的干燥根。性味归经：苦，寒。归心、肝、胃、大肠、膀胱经。主治：清热燥湿，杀虫，利尿。苦参碱(Matrine)是从苦参或同科植物广豆根(S. subprostrata Chun et T.Chen)中分离出来的代表性活性生物碱。现代药理学研究表明，苦参碱具有镇静、镇痛、解热、抗肝损伤，抗病毒，正性肌力等作用，特别是其抗肿瘤活性已成为抗癌中药的研究热点[1]。鉴于其显著的活性，研究苦参碱的制备方法具有重要意义。
木质素是由苯丙烷类结构单元组成的存在于植物体内的复杂化合物，是自然界唯一存在的芳香类大分子物质，其分子中含有多种活性官能团。木质素作为自然界仅次于纤维素的第二大量的有机物质，广泛的分布于维管植物中。仅每年造纸制浆废液中所含的木质素就达3000万吨，其中大部分都没有得到的利用，医学硕士排放到环境中，造成了环境特别是水体的污染，因此如何解决利用好木质素已成为一个研究热点[2,3]。
以木质素为原料合成的吸附剂，在水处理方面尤其是重金属离子的处理上有一定的应用，但在有机物的吸附分离方面研究较少。一般的木质素吸附剂以粉状和微细颗粒为主，孔结构不好，比表面积小，吸附容量低，水力学性能差，通透性也不好，难以实现大规模的应用。球形木质素树脂有着诸多优点，如疏松和亲水性网络的基体、比表面积大、通透力强、水力学性能好，适合于大规模生产。本课题组着力进行球形木质素树脂对苦参碱的吸附分离方法的研究，已报到了球形木质素树脂对苦参碱吸附的热力学性质[4]，本文进一步报道球形木质素树脂对食管癌苦参碱吸附的热力学性质的研究结果。
2. 实验部分
2.1 试剂与仪器苦参碱(实验室自制，纯度98%);4种球形木质素树脂A、B、C、D(自编号分别为：
本课题得到了高等学校博士学科点专项科研基金(No.20060633003)、国家中医药管理局课题(No.06-07ZQ14)、中国博士后科学基金(No.20070420138)的资助。由福州大学环境与资源学院项目合作单位制备);丙酮、甲醇、盐酸为分析纯;蒸馏水。SHZ-88水浴恒温振荡器;UV1000紫外-可见分光光度计;DZG-6020真空干燥箱。
2.2 球形树脂及其处理将树脂用丙酮在索氏提取器中加热回流，以除去残留在树脂孔道中的致孔剂及其它杂质，挥干丙酮后在真空干燥箱中60℃干燥至恒重，备用。
2.3 分析方法和标准曲线分析方法采用紫外分光光度法进行。由于吸附试验是在水溶液中进行，而解吸溶剂为95%的乙醇溶液，因溶剂不同可能会导致苦参碱的摩尔吸光系数不同从而影响浓度测试的准确性，故分别绘制吸附标准曲线和解吸标准曲线。
吸附标准曲线：准确称量苦参碱10mg，用50ml蒸馏水溶解，分别取0ml、1ml、2ml、3ml、4ml、5ml，定容至10ml。波长220nm处测定各溶液吸光度，以吸光度为纵坐标，以浓度为横坐标，得线性回归方程A=16.589c，r=0.997(A为吸光度;c为浓度，mg/ml)，表明苦参碱在水溶液中浓度0～0.1mg/ml与吸光度成良好的线性关系。
解吸标准曲线：方法同上，只是将水换为95%的乙醇。得线性回归方程A=16.573c，r=0.998(A为吸光度;c为浓度，mg/ml)。结果表明，苦参碱在95%的乙醇溶液中浓度在0～0.1mg/ml具有良好的线性关系。
2.4 吸附和解吸试验吸附试验方法[4]：分别取0.1g树脂A、树脂B、树脂C、树脂D各三份于具塞三角瓶中，每个三角瓶中加入0.6mg/ml的苦参溶液10ml，置于水浴恒温振荡器中吸附2h(振荡方式：回旋振荡;振荡速率：160r/min;振荡温度：303K)，然后离心过滤，使树脂表面无液体，滤液用紫外-可见分光光度计于220nm测定吸光度。分别计算每种树脂三个样本的吸附容量和吸附率，以三个样本吸附容量和吸附率的平均值作为该树脂的在实验条件下对苦参碱的吸附容量和吸附率。
解吸试验方法：向含已离心过滤的木质素树脂的三角瓶中分别加入95%乙醇10ml，置于水浴恒温振荡器中解吸2h(振荡方式：回旋振荡;振荡速率：160r/min;振荡温度：303K)，然后离心过滤，使树脂表面无液体，滤液用紫外-可见分光光度计于220nm测定吸光度。分别计算每种树脂三个样本的解吸率，以三个样本解吸率的平均值作为该树脂在实验条件下对苦参碱的解吸率。
2.5 树脂的重复使用为了检验球形木质素的实际应用能力，对树脂的重复使用数次后的吸附率和解吸率进行了考察。按照2.4所述的实验过程，重复进行6次树脂D对苦参碱的吸附解吸实验，计算每次的吸附率和解吸率。树脂D进行再生处理操作过程同2.2所述。
2.6 吸附动力学实验称取5份0.1g球形木质素树脂D，均加入0.6mg/ml苦参碱溶液10ml，分别振荡0、30、60、90、120min后(振荡方式：回旋振荡;振荡速率：160r/min;振荡温度：303K)，离心过滤，分别测定吸光度。改变温度为313K、323K，重复上述操作。
3. 结果与讨论
3.1 吸附和解吸试验结果由表1知，四种树脂对于苦参碱的吸附性能差异较大，树脂C、树脂D吸附容量都在50mg以上，其中树脂D吸附容量了达到55mg以上，树脂A和树脂B的吸附容量小，吸附性能较差。但树脂C的解吸效果差，仅达到52.7%，树脂D的解吸率在90%以上。树脂D即具有较佳的吸附能力，又容易解吸，因此，随后的试验选用树脂D进行。
3.2树脂的重复使用效果从表2中看出，经过6次使用后，木质素的吸附率和解吸率仍达90%左右，这两项指标的降低率均在5%以内，且并且趋于稳定，说明木质素树脂能够重复使用。
3.3 吸附动力学性质
3.3.1 表面扩散和颗粒内扩散模型根据Dumwald-Wagner动力学理论，吸附速率主要由液膜扩散或颗粒内扩散控制或两者共同影响。因此，木质素树脂吸附苦参碱主要是受表面扩散和颗粒内扩散两个步骤速度的影响，而其中速度最慢的一步是吸附过程的速度控制步骤。
用上述方程对实验数据进行处理，确定反应的速度控制步骤。
3.3.2 吸附反应的速率常数和活化能根据Arrhenius公式：
RTEaAB/lnln= 公式(4)式中，B2为吸附反应的速率常数;A为频率因子;Ea为表观活化能，kJ·mol;R为气体常数，8.314 J.mol.K;T为绝对温度，K。-1-1-1对lnB2和1/T进行线性回归，然后由直线斜率来求出吸附反应的活化能。回归方程：lnB2=-1.6905-572.26/T，相关系数r=0.999，则Ea=4.758 kJ.mol-1，A=0.0204。活化能越大，反应速率就越小。而Ea=4.758 kJ.mol-1，说明其在树脂上的吸附速率大，吸附过程是速吸附过程，同时也说明苦参碱在球形木质素吸附剂D的吸附过程是以颗粒内扩散为主，是吸附过程的主要的限速步骤。
4. 结论
(1)通过对四种树脂的考察，球形木质素树脂D对苦参碱的吸附和解吸效果最好;树脂D的重复使用的效果好，经6次使用，吸附率和解吸率仍保持在90%。
(2)对苦参碱在球形木质素树脂D上吸附的动力学进行研究，结果表明：吸附过程速率由表面扩散和颗粒内扩散共同控制，以颗粒内扩散为主。
参考文献
[1] 张静涛，王伟，段振华.苦参碱类生物碱的应用进展[J].现代生物医学进展，2007，7(3)：451-454.
[2] 范娟，詹怀宇，刘明华.木质素基吸附材料的研究进展[J].中国造纸学报，2004，19(2)：181-187.
[3] 蒋挺大.《木质素》[M]，北京：化学工业出版社，2001.
[4] 刘俊超，邓赟，董小萍，等.球形磺酸化木质素树脂对苦参碱静态吸附及其热力学的研究[J].时珍国医国药，2009年，20(9)：
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