不同结构碳纳米管吸附胆红素的研究

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.05.007

摘要/Abstract

摘要：

研究了3种不同型号的碳纳米管（MW、LMW和SW）的胆红素吸附性能。X射线衍射（XRD）谱图显示，3种碳纳米管的管径大小排序为LMW>MW>SW。扫描电子显微镜（SEM）和比表面积测试（BET）结果表明，MW型分散性最好，且具有较大的比表面积、最大的孔径和孔容。胆红素吸附实验结果表明，当温度为37 ℃、吸附时间为40 min时，碳纳米管吸附胆红素的性能最佳。当胆红素质量浓度大于0.5 g/L时，MW型碳纳米管吸附容量最大，最大胆红素吸附量达到208 mg/g。增大NaCl浓度、牛血清白蛋白质量浓度和提高pH均不利于胆红素在溶液中的吸附。与传统吸附剂相比，3种碳纳米管对胆红素均表现出吸附时间短、吸附容量大的优良性能，为后期制备碳纳米管共混微滤膜及其吸附胆红素提供了实验基础。

关键词: 吸附, 胆红素, 碳纳米管, 无机材料

Abstract:

The bilirubin adsorption properties of three different types of carbon nanotubes (MW, LMW and SW) were studied. X?Ray Diffractomer (XRD) spectra shows that the diameters of the three carbon nanotubes are ranked as LMW>MW>SW. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Brunner Emmet Teller (BET) show that MW has the best dispersion, a larger specific surface area, the largest pore size and a maximum pore volume. The bilirubin adsorption results show that the carbon nanotubes have the maximum bilirubin adsorption capacity when the temperature is set as 37^{℃ and the adsorption time reach 40 min. When the concentration of bilirubin is higher than 0.5 g/L, the bilirubin adsorption capacity of MW carbon nanotubes is the largest, and the maximum adsorption capacity of bilirubin reach 208 mg/g membrane. With increasing ion strength, albumin mass concentration, and under alkaline conditions, increasing pH does not benefit the absorption of bilirubin in the buffer solution. Compared with the conventional adsorbents, all the three carbon nanotubes show the excellent performance of short adsorption time and large adsorption capacity for bilirubin, which provide the experimental basis for the preparation of polymer microfiltration membranes blending with carbon nanotubes and its adsorption of bilirubin.}

Key words: Adsorption, Bilirubin, Carbon nanotube, Inorganic materials

中图分类号:

TE65

汤佳玉, 孔鹏飞, 鞠佳, 唐敏, 徐见飞, 王令, 陈胜. 不同结构碳纳米管吸附胆红素的研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 38-43.

Jiayu Tang, Pengfei Kong, Jia Ju, Min Tang, Jianfei Xu, Ling Wang, Sheng Chen. Adsorption of Bilirubin by Carbon Nanotubes with Different Structures[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(5): 38-43.

图/表 10

图1 碳纳米管MW、LMW和SW的扫描电镜照片

图2 碳纳米管MW、LMW和SW的XRD谱图

表1 碳纳米管的比表面积、孔径和孔容

样品

比表面积/

（m²•g^-1）

图3 吸附温度和吸附时间对碳纳米管吸附性能的影响

图4 胆红素质量浓度对碳纳米管吸附性能的影响

表2 胆红素吸附剂的最大吸附量比较结果

吸附剂	胆红素最大吸附量/（mg·g^-1）	文献
聚赖氨酸改性尼龙膜	40.7	[22]
TiO₂纳米晶膜	10.0	[26]
β⁃环糊精改性聚醚砜中空纤维膜	51.0	[27]
MW	208.0	本文

图5 胆红素Freundlich等温吸附拟合曲线

图6 NaCl浓度对碳纳米管吸附性能的影响

图7 溶液pH对碳纳米管吸附性能的影响

图8 牛血清白蛋白质量浓度对碳纳米管吸附胆红素的影响

参考文献 28

1	Houlihan D D， Armstrong M J， Newsome P N. Investigation of Jaundice［J］. Medicine， 2011， 39（9）： 518⁃522.
2	赖芳芳，张丙宏.胆红素对新生儿神经系统影响的研究进展［J］.医学综述， 2018， 24（9）： 1704⁃1708.
3	李孟岩，鞠佳，谢磊，等.PVDF微滤膜的制备、改性及其血液净化应用初探［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2019， 39（4）： 7⁃10.
4	Cai N， Li Q， Zhang J， et al. Antifouling zwitterionic hydrogel coating improves hemocompatibility of activated carbon hemoadsorbent［J］. Journal of Colloid and Interface Science， 2017， 503： 168⁃177.
5	Baydemir G， Bereli N， Andac M， et al. Bilirubin recognition via molecularly imprinted supermacroporous cryogels［J］. Colloids and Surfaces B， 2009， 68： 33⁃38.
6	Wu K，Yang W， Liu X， et al. Electrospun porous polyethersulfone （PES） fiber mats with high bilirubin adsorption capacity［J］. Materials Letters， 2016， 185： 252⁃255.
7	Wu K， Yang W， Jiao Y， et al. A Surface molecularly imprinted electrospun polyethersulfone （PES） fiber mat for selective removal of bilirubin［J］. Journal of Materials Chemistry B， 2017， 5（29）： 5763⁃5773.
8	Yola M L， Gode C， Atar N. Molecular imprinting polymer with polyoxometalate/carbon nitride nanotubes for electrochemical recognition of bilirubin［J］. Electrochimica Acta， 2017， 246： 135⁃140.
9	Ma C， Gao Q， Xia K， et al. Three⁃dimensionally porous graphene： A high⁃performance adsorbent for removal of albumin⁃bonded bilirubin［J］. Colloids and Surfaces B， 2017， 149： 146⁃153.
10	Muller B R. Effect of particle size and surface area on the adsorption of albumin⁃bonded bilirubin on activated carbon［J］. Carbon， 2010， 48（12）： 3607⁃3615.
11	Zong W， Chen J， Han W， et al. Preparation of chitosan/amino multiwalled carbon nanotubes nanocomposite beads for bilirubin adsorption in hemoperfusion［J］. Journal of Biomedical Materials Research Part B， 2018， 106（1）： 96⁃103.
12	Ou Y， Gong Q， Liang J. Carbon nanotube⁃chitosan composite beads with radially aligned channels and nanotube⁃exposed walls for bilirubin adsorption［J］. Advanced Engineering Materials， 2015， 17（4）： 460⁃466.
13	Ju J， Liang F， Zhang X， et al. Advancement in separation materials for blood purification therapy［J］. Chinese Journal of Chemical Engineering， 2019， 27（6）： 1383⁃1390.
14	张晖，刘国聪. N掺杂TiO₂纳米膜吸附胆红素分子的石英晶体微天平研究［J］.分析科学学报， 2011， 27（6）： 24⁃29.
15	Yang Z， Si S， Fung Y. Bilirubin adsorption on nanocrystalline titania films［J］. Thin Solid Films， 2007， 515（7/8）： 3344⁃3351.
16	Li Y， Ding J， Luan Z， et al. Competitive adsorption of Pb²⁺， Cu²⁺and Cd²⁺ions from aqueous solutions by multiwalled carbon nanotubes［J］. Carbon， 2003， 41（14）： 2787⁃2792.
17	Wang S， Gao Q， Luo W， et al. Removal of methyl blue from aqueous solution by magnetic carbon nanotube［J］. Water Science and Technology， 2013， 68（3）： 665⁃673.
18	Ramazani S， Ghaedi M， Mortazavi K. Multiwalled carbon nanotubes as efficient adsorbent for the removal of Congo red［J］. Fresenius Environmental Bulletin， 2011， 20（10）： 2514⁃2520.
19	Shinke K， Ando K， Koyama T， et al. Properties of various carbon nanomaterial surfaces in bilirubin adsorption［J］. Colloids and Surfaces B， 2010， 77（1）： 18⁃21.
20	Ju J， He G， Duan Z， et al. Improvement of bilirubin adsorption capacity of cellulose acetate/polyethyleneimine membrane using sodium deoxycholate［J］. Biochemical Engineering Journal， 2013， 79： 144⁃152.
21	鞠佳，聂飞，段志军，等.亲和膜配基的结构和密度对胆红素吸附的影响［J］.化工学报， 2013， 64（1）： 303⁃310.
22	Shi W， Zhang F， Zhang G. Adsorption of bilirubin with polylysine carrying chitosan⁃coated nylon affinity membranes［J］. Journal of Chromatography B， 2005， 819（2）： 301⁃306.
23	Chen J， Ma Y， Wang L， et al. Preparation of chitosan/SiO₂⁃loaded graphene composite beads for efficient removal of bilirubin［J］. Carbon， 2018， 143： 352⁃361.
24	Davies C R， Malchesky P S， Saidel G M. Temperature and albumin effects on adsorption of bilirubin from standard solution using anion⁃exchange resin［J］. Artificial Organs， 1990， 14（1）： 14⁃19.
25	Ando K， Shinke K， Yamada S， et al. Fabrication of carbon nanotube sheets and their bilirubin adsorption capacity［J］. Colloids and Surfaces B， 2009， 71（2）： 255⁃259.
26	Yang Z， Si S， Fung Y. Bilirubin adsorption on nanocrystalline titania films［J］.Thin Solid Films， 2007， 515（7/8）： 3344⁃3351.
27	Shi W， Cao H， Song C， et al. Poly （pyrrole⁃3⁃carboxylic acid）⁃alumina composite membrane for affinity adsorption of bilirubin［J］. Journal of Membrane Science， 2010， 353（1/2）： 151⁃158.
28	Jacobsen J， Brodersen R. Albumin⁃bilirubin binding mechanism［J］. The Journal of Biological Chemistry， 1983， 258（10）： 6319⁃6326.

[1]	邱亚茹, 兰鲲, 陈常东, 王芳芳, 陆彩云. 铜活化木质素活性炭的制备与性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(5): 1-7.
[2]	张文才, 陈雅娟, 石小红, 牟水江, 唐静, 李维军. 一步合成Co@CNT/CN纳米复合材料及其析氧性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(5): 38-43.
[3]	张硕, 宋强, 张玉龙, 张佳丽, 孙琦. 变压吸附提纯氢气的研究进展及应用[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(6): 30-36.
[4]	孟阳, 魏太庆, 艾丹, 王博, 范志平. 壳聚糖⁃稀土⁃生物炭对水体Cr(Ⅵ)的吸附性能分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(3): 14-20.
[5]	赵静, 刘添翼, 李强, 张晓欣, 秦玉才, 宋丽娟. NaX分子筛吸附分离CO₂/CH₄的巨正则蒙特卡洛模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(2): 13-19.
[6]	杨萍, 李有喜, 蔡武锋, 梁文博, 段林海. 双金属MOF⁃74(Mg _x Ni_1-_x )的制备及其对CO₂/N₂的吸附分离性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(6): 1-7.
[7]	魏雨诗, 王锐, 林壮, 姜恒, 霍明仁, 陈欣悦, 梁晓艳, 张重阳. Fe₃O₄ 基β⁃环糊精聚合物的制备及吸附性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(6): 28-35.
[8]	陈树军, 裴剑霖, 付越, 张亚雪. 改性MCM⁃41孔内水分子吸附扩散行为的模拟研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 1-7.
[9]	吴巍, 刘玲, 赖晓晨, 王雪清, 郝晓霞. 弗罗里硅土处理低质量浓度氨氮废水研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 14-18.
[10]	费永鑫, 马会强, 李爽. 改性活性污泥生物炭对水中苯酚吸附性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 19-24.
[11]	佟思琦, 建伟伟, 海秋岩, 解伟欣, 孙易. 多孔固体材料吸附CO₂的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 30-37.
[12]	施逸帆, 孙京. 红薯生物质碳气凝胶的制备及其吸附性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 8-14.
[13]	赵平月, 李爽, 宗芳, 马会强. 石油树脂废水污泥资源化及对磷的吸附性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(6): 48-52.
[14]	王雪, 建伟伟, 陆毅, 张绍鹏, 周小盟, 韩赛钊. Cu和Sn改性多壁碳纳米管对VOCs气体的吸附[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 44-49.
[15]	李明艳, 崔爽, 刘宁宁. 金属有机骨架材料ZIF⁃67对甲基橙的吸附性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(4): 34-40.