АДСОРБЦИЯ L-ГИСТИДИНА НА УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТАХ

АДСОРБЦИЯ L-ГИСТИДИНА НА УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТАХ
Цветнов М.А., Моргун Н.П., Хабалов В.В.
Лаборатория Адсорбции Дальневосточного Федерального Университета,
690600, г. Владивосток, ул. Октябрьская, 27
Адсорбционные методы нашли широкое применение для разделения и
выделения различных веществ, в том числе и растворов биологических молекул;
при разработке технологических схем очистки сточных вод и технологических
растворов, поскольку они позволяют полностью извлекать вредные вещества.
В практике адсорбционных процессов чаще всего применяются углеродные
материалы, эффективность которых обусловлена высокоразвитой поверхностью и
сравнительно высокой сорбционной плотностью. Среди углеродных материалов
сорбенты класса саж отличаются тем, что для них возможно получение
гранулированных форм с заданной пористой структурой и поверхностью. Сорбенты
этого класса нашли широкое применение в различных областях лабораторной и
производственной практики: хроматографии, очистке сточных вод с извлечением
ценных компонентов, в электрохимических методах анализа используются сажевые
электроды.
В последнее время приобрели актуальность исследования сорбционных
процессов с участием биологических компонентов, в частности аминокислот. В
качестве сорбентов при этом используются как углеродные, так и неуглеродные
материалы: ионообменные смолы, силикагели.
Изучение практического применения адсорбции аминокислот в различных
процессах на наш взгляд не может проводиться без определения изотермы сорбции
на выбранном материале. Поэтому целью настоящей работы явилось исследование
адсорбционных параметров аминокислоты L-гистидина на различных углеродных
материалах.
Адсорбция L-гистидина изучалась на 4-х различных адсорбентах, параметры
которых, приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики сорбентов
Образец
rпор, нм
ПМ-16
148
Сажа «Омская»
Сажа «Омская» окисленная
Al2O3
-
Sуд·м2 г.
15
100
90
250
Физико-химические свойства адсорбата представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Физико-химические свойства адсорбата
Адсорбат
Формула
М, г/моль
Cs, ммоль/л
pK1
pK2
pK3
L-гистидин
1,8
6,1
9,2
N3C5H8-COOH
155,16
277
Полученные нами изотермы адсорбции L-гистидина на сажах ПМ-16,
«Омской»(сажа), «Омской» окисленной (сажа окисл.) и на окиси алюминия Al2O3),
взятой для сравнения, представлены на рисунке.
Рисунок – Изотермы адсорбции L-гистидина на гранулированных образцах.
Как видно, для углеродных адсорбентов наибольшая величина сорбции
достигается на саже «Омской», а на оксиде алюминия она ещё больше. Такая
зависимость объясняется величинами удельных поверхностей Sуд сорбентов. Она
наибольшая у оксида алюминия, для саж уменьшается в ряду: «Омская», «Омская»
окисленная, ПМ-16. Таким образом, адсорбируемость L-гистидина на
исследованных углеродных сорбентах возрастает в ряду: ПМ-16 < сажа «Омская»
окисленная < сажа «Омская».
Корреляционный анализ полученных изотерм был проведён по уравнениям
Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина и показал, что адсорбция L-гистидина на
«Омских» сажах наилучшим образом описывается уравнением Дубинина, а на
оксиде алюминия и ПМ-16 – уравнением Фрейндлиха (Таблица).
Таблица – Коэффициенты корреляции изотерм адсорбции
Коэффициент корреляции для уравнения
Сорбент
Ленгмюра
Фрейндлиха
Дубинина
ПМ-16
0,7953
0,9008
0,4619
«Омская» сажа
0,1585
0,663
0,7485
«Омская» окисленная сажа
0,0526
0,4503
0,7345
Al2O3
0,9551
0,9905
0,6186
Такой результат связан со строением пористой структуры сорбентов. В
образцах ПМ-16 и Al2O3 преобладают поры переходного размера между микро- и
макропорами, называемые мезопорами [1, 2]. Заполнение их молекулами сорбата
может и не подчиняться теории Ленгмюра. При этом количество молекул на
поверхности не ограничивается монослойным покрытием, а продолжает непрерывно
увеличиваться. Для этого случая более приемлемым оказывается уравнение
Фрейндлиха.
Если же сорбент является преимущественно микропористым, процесс
поглощения им веществ описывается теорией объёмного заполнения микропор
(ТОЗМ) [3].
Молекула поглощаемого вещества взаимодействует не с одной, а с обеими
противоположными стенками микропоры, и за счёт этого удерживается более
прочно. Получающаяся при этом изотерма сорбции подчиняется уравнению
Дубинина. Именно такая зависимость наблюдается для сорбции L-гистидина на
образцах «Омской» сажи.
Следует отметить, что получившиеся коэффициенты корреляции для
уравнений Фрейндлиха и Дубинина отличаются незначительно. Вероятно, что в
исследованных сорбционных системах размеры поры и частицы адсорбата близки.
Ранее в литературе [4] было показано, что L-гистидин образует на поверхности
сорбента агрегаты из нескольких молекул. Поровое пространство заполняется не
отдельными молекулами, а именно агрегатами.
Литература
1. Активные угли, эластичные сорбенты, катализаторы, осушители и
химические поглотители на их основе. Номенклатурный каталог под общ. ред. В.М.
Мухина – М.: Изд. «Руда и металлы», 2003 г. – 278 с.
2. Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. – М.:
«Металлургия», 2000 г. – 352 с.
3. Дубинин М.М. Основы сорбционной техники. – М.–Л.: Госхимтехиздат,
1932 г. - 381 с.
4. Palit D., Moulik S.P. Adsorption behaviors of L-histidine and L-tryptophan on
cholesterol, silica, alumina and graphite//J. of Colloid and Interface Sci. – 2001. – v.239. –
P.20-26.