血液灌流吸附清除中分子物质的实验研究

我们从所研制的系列树脂中筛选出对中分子物质(MMS)吸附作用较好的5种吸附树脂,并将其中HP-A_3和HP-A_9用于尿毒症患者血浆体外模拟灌流和急性肾衰大鼠血液灌流。应用MMS总量测定法和Sephadex G25凝胶层析法研究树脂对MMS的吸附清除作用。结果表明,这两种树脂体内、外清除MMS作用显著,HP-A_9树脂体内清除效果更好,其血液相容性也更为理想,有希望应用于临床治疗某些MMS堆积的疾病。     

H2分子在碱金属掺杂碳纳米管上的吸附特性

采用密度泛函理论研究了H₂在碱金属(M=Li, K)掺杂的扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附. 对于碱金属管内掺杂, 模拟了4种氢吸附构型; 对于管外掺杂, 考虑了两种吸附结构, 同时还考虑了两种不同的掺杂浓度. 所有吸附模型都进行了全优化. 计算结果表明, 碱金属掺杂后, 碱金属与碳纳米管之间发生电子授受作用使得碱金属带正电荷, 对于金属Li, 管内掺杂更有利于电子向碳纳米管转移; 与管内掺杂相比, Li原子的管外掺杂更有利于H2分子吸附. 碱金属管外掺杂的碳纳米管吸附H₂的最稳定结构, 存在碱金属原子与H₂分子的配位作用.     

尿毒症毒素及其清除方法——兼论临床上的血液灌流治疗

长其以来,慢性肾功能衰竭一直是一种严重的疾患。本文介绍了用以解释慢性肾功能衰竭病因的几个相关假说,并对其中的尿毒症毒素学说予以了特别的关注。依据这个假说,尿毒症毒素被分成了几大类;其中,分子量位于300-5000道耳顿的中分子毒素的作用尤其引人注目。通过对现有的向种治疗慢性肾功能衰竭方法进行比较,本文认为采用血液灌流的方法,以吸附剂来清除尿毒症患者体内滞留的中分子毒素有着其独到的优势。     

水溶液中六价铬在碳纳米管上的吸附

针对用碳纳米管对水溶液中六价铬的吸附净化进行了研究, 考察了溶液浓度、溶液pH值、共存的三价铬离子等因素对吸附行为的影响. 实验结果表明, 碳纳米管在室温下对于六价铬的吸附量随着平衡浓度的增大而升高, 在铬浓度为493.557 mg•L−1时碳纳米管吸附量达到最大值为532.215 mg•g−1; 六价铬的浓度在300~700 mg•L−1的范围内, 碳纳米管对铬的吸附量变化不大；大于700 mg•L−1时, 随着铬的平衡浓度的升高碳纳米管对铬的吸附量降低, 铬浓度为961.074 mg•L−1时, 碳纳米管吸附量降至194.631 mg•g−1. 在pH值为2~7的范围内, 碳纳米管对六价铬的吸附量随着溶液pH值的减小而增大; 而在碱性条件下, pH值对碳纳米管吸附六价铬的影响不大. 溶液中存在三价铬时, 碳纳米管对六价铬的吸附量明显降低, 表明三价铬与六价铬有竞争吸附. 此外, 活性炭的对比吸附实验表明, 在低浓度时, 譬如在六价铬浓度为190 mg•L−1吸附时, 碳纳米管对铬的吸附量约为活性炭的6倍；而在高浓度下, 譬如六价铬浓度为493 mg•L−1时, 碳纳米管对铬的吸附量约为活性炭的2倍.     

H2S/N2混合物在碳纳米管中吸附分离的分子模拟

采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法讨论了不同温度、压力及管径下,碳纳米管对H2S/N2混合物(主体相体积比为1∶99)的吸附分离选择性.结果表明,随着碳纳米管管径的增大,H2S的吸附选择性先增加后减小;而(11,0)碳纳米管(管径为0.86 nm)对H2S的选择性最高,这种选择性与管径的关系是由几何效应和能量效应共同决定的.针对(11,0)碳纳米管讨论了温度和压力对H2S吸附量和选择性的影响.模拟结果表明,随着温度上升,H2S的吸附量和选择性都呈先增加后减小的趋势;随着压力增加,H2S的吸附量和选择性都有所下降.本文模拟结果可为含硫气体混合物的吸附分离提供一定参考.     

苯胺在碳纳米管上的吸附特征

苯胺是一种重要的有机化工原料,能通过皮肤和呼吸道进入人体而引起中毒,还会严重污染环境。目前,国内外处理含苯胺废水的方法主要有氧化法、萃取法、生化法、吸附法等。本文使用碳纳米管进行液相吸附除去苯胺。     

磷在氧化锆-碳纳米管复合材料上的吸附研究

采用水热合成法成功制备了氧化锆-碳纳米管复合材料,并研究了对磷的吸附行为。表征结果表明,碳纳米管经氧化锆修饰后仍具备介孔结构;氧化锆粒子可均匀分散在碳纳米管表面。吸附实验结果表明,氧化锆粒子的粒径越小,氧化锆对磷的标化平衡吸附量越高,吸附速率越快。磷在氧化锆-碳纳米管复合材料上的吸附等温线符合Freundlich等温吸附模式,属于优先吸附,吸附动力学可用拟二级动力学模型描述。降低离子强度和溶液pH可促进磷的吸附,共存离子对磷吸附具有抑制作用,影响顺序依次为F->NO3-≈SO42-,其中F-影响最大,NO3-和SO42-次之。     

尿毒症中分子毒物吸附剂的研究——Ⅱ. 交联剂链长对壳聚糖树脂吸附性能的影响

用甲醛、乙二醛和戊二醛作为交联剂,以反向悬浮的方法制备了3种不同的交联壳聚糖树脂吸附剂,并对其中的后两种用NaBH₄进行了还原处理.经红外光谱表征和扫描电子显微镜观察,氢化还原处理有效地提高了吸附剂的化学稳定性;而交联剂的不同则对吸附剂的表面形态有着明显的影响.通过对尿毒症中分子毒物的模拟物和牛血清白蛋白的吸附研究发现,3种壳聚糖树脂吸附剂都在符合临床血液灌流要求的时间里达到了吸附平衡,在对牛血清白蛋白几乎不发生吸附作用的同时,其对模拟的中分子毒物则都产生了一定的吸附作用,但吸附量有所不同;随着交联剂脂肪链的增长,吸附剂对模拟的中分子毒物的吸附能力逐渐增强;以戊二醛为交联剂时,吸附剂的吸附效果最好.     

氢在多壁碳纳米管上吸附行为研究

根据热力学平衡原理推导了通用吸附等温方程.通过比较氢在碳纳米管和炭狭缝孔上的高阶维里吸附系数，分析了77～297 K温度区间，温度、管径(孔宽)对碳纳米管、炭狭缝孔吸附空间储氢容量的影响，并由氢在石墨平面上的最大吸附容量计算了本次试验多壁碳纳米管(MWCNTs)在各平衡温度时的最大氢吸附容量.运用确定参数后的吸附等温方程，线性回归分析了氢在本次试验MWCNTs上的吸附数据.结果表明，在160～180 K温度区间，管内被吸附氢分子之间由于吸附受压产生的排斥能出现极大值；随着温度升高，氢分子之间以吸引力为主，提高氢气压力后才发生明显吸附.     

多壁碳纳米管对甘草中3种有效成分的选择性吸附

考察了多壁碳纳米管(MWNTs)对3种甘草有效成分异甘草苷、甘草苷和甘草酸的吸附性能。 分别用紫外分光光度法和HPLC法测定了吸附前后溶液中异甘草苷、甘草苷、甘草酸的含量,考察了静态吸附实验时间、料液起始浓度、溶液体积和pH值对各成分吸附的影响。 结果显示,MWNTs对甘草中3种主要有效成分的吸附量明显不同,对异甘草苷的吸附远大于甘草苷和甘草酸,并且不存在竞争吸附,具有明显的选择性吸附特点。     

不同分子量木质素磺酸钠对多壁碳纳米管分散性能的影响

研究了不同分子量级分的木质素磺酸钠(SLS)在多壁碳纳米管(MWCNTs)上的吸附特征及其对分散性能的影响.不同级分的SLS及其对MWCNTs的分散性能通过凝胶渗透色谱(GPC),紫外-可见(UV-Vis)光谱、元素分析、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、zeta电位、扫描电子显微镜(SEM)来表征.结果表明,分子量较大的SLS级分中芳香环含量较高,其与MWCNTs之间的π-π作用更强,在MWCNTs上的吸附量大,表现出最佳的分散性能,所分散的MWCNTs的电阻率最小,导电性能较佳.     

低聚乙烯链在碳纳米管侧壁上的图案化吸附

碳纳米管（CNTs）自1991年被发现以来,已经在各个领域,尤其是在材料领域被深入研究．CNT作为添加剂与高分子形成的复合材料已被大量的制备并报道．实验室制备的CNTs中,含有5-7缺陷对的CNTs占很大一部分．Chico等引入5-7缺陷对将不同的CNTs连接起来形成类二极管的异质结．目前,对含有异质结的CNTs的研究大都停留在CNTs本身的结构与电学性质的研究上．而在材料领域对其与高分子形成复合材料的研究非常少．用理论的方法从原子角度来研究含有异质结的CNTs／高分子复合材料具有实际意义．     

聚乙烯链在碳纳米管侧壁吸附的动力学模拟研究

利用经典的分子动力学模拟方法对聚乙烯(PE)分子在两种不同类型的碳纳米管(CNT)中的吸附进行了研究. 计算了两者之间的扩散系数和相互作用能; 利用PE链自身的扭转角分布和取向参数对PE链构象进行了分析. 结果表明, PE链可以在CNT上很好的吸附, 且PE的构象和吸附位置主要与温度和CNT的半径有关, 与管的类型关系不大.     

磺化碳纳米管/活性炭复合微球的制备及其对低密度脂蛋白的吸附性能

采用悬浮聚合、炭化、活化制得碳纳米管/活性炭复合微球; 而后利用重氮盐偶合法将对氨基苯磺酸接枝到此复合微球上, 得到磺化碳纳米管/活性炭复合微球; 将其用于吸附血清中的低密度脂蛋白(LDL). 结果表明: 所制备的磺化碳纳米管/活性炭复合微球球形度好, 表面光洁, 中孔发达, 并且接枝有对氨基苯磺酸. 此复合微球对LDL的吸附量随着碳纳米管加入量的增加而逐渐增大; 当碳纳米管加入量为45% (w)时, LDL吸附量达6.564 mg·g^-1, 是未添加碳纳米管的3.3倍. 此复合微球在作为血液灌流LDL吸附剂方面有较好的应用前景.     

单壁碳纳米管上毒性苯气体净化的分子模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法研究了空气中微量苯组分在单臂碳纳米管(SWNTs)上的吸附净化. 模拟表明, 具有较大孔径的(20,20)纳米管比较适合吸附纯苯蒸汽, 而对于移除空气中的毒性苯物质, 苯的吸附选择性分别在(12,12)纳米管及4.0 MPa时和(18,18)纳米管及0.1 MPa时出现最小值和最大值. 为了解释这一异常行为, 我们进一步分析了N₂-O₂-C₆H₆混合物的局部密度分布、吸附分子构型和概率密度分布, 发现(18,18)纳米管内外完全被苯分子占据, 而对于(12,12)纳米管, 由于存在更强的吸附质-吸附剂相互作用, 空气分子更倾向于吸附在管与管之间的间隙. 此外, 吸附分子的空间有序参数表明大多数苯分子采取“平躺”在纳米管表面的定位, 而线性的N₂和O₂分子则多数平行于孔轴方向. 最后研究了温度和苯分子主体相浓度对分离效果的影响. 我们发现较大孔中的选择性随着温度的增加比小孔下降更加明显. 与此对比, 主体相苯浓度对小孔中的选择性起到更加重要的作用.     

单壁碳纳米管上毒性苯气体净化的分子模拟(英文)

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法研究了空气中微量苯组分在单臂碳纳米管(SWNTs)上的吸附净化.模拟表明,具有较大孔径的(20,20)纳米管比较适合吸附纯苯蒸汽,而对于移除空气中的毒性苯物质,苯的吸附选择性分别在(12,12)纳米管及4.0 MPa时和(18,18)纳米管及0.1 MPa时出现最小值和最大值.为了解释这一异常行为,我们进一步分析了N2-O2-C6H6混合物的局部密度分布、吸附分子构型和概率密度分布,发现(18,18)纳米管内外完全被苯分子占据,而对于(12,12)纳米管,由于存在更强的吸附质-吸附剂相互作用,空气分子更倾向于吸附在管与管之间的间隙.此外,吸附分子的空间有序参数表明大多数苯分子采取"平躺"在纳米管表面的定位,而线性的N2和O2分子则多数平行于孔轴方向.最后研究了温度和苯分子主体相浓度对分离效果的影响.我们发现较大孔中的选择性随着温度的增加比小孔下降更加明显.与此对比,主体相苯浓度对小孔中的选择性起到更加重要的作用.     

有机污染物在碳纳米管吸附的定量结构-性质关系

对一系列共59个芳香性分子进行了HF/6-31G*水平上的结构优化,并在优化结构上进行了分子静电势及其导出参数的计算,应用多元线性回归方法建立了碳纳米管吸附有机污染物的平衡常数与分子结构间的定量关系.结果表明,分子表面静电势参数(Vmin、σ2+和ΣV+ind)结合分子表面积(S)和最低空轨道能级(εLUMO)可以很好地用于构建碳纳米管吸附的定量结构-性质关系(QSPR)模型.模型中引入的参数均具有明确的物理意义,其合理性可以从污染物与碳纳米管或水分子间相互作用的角度进行解释.模型的稳定性和预测能力经"留一法"和Monte Carlo交叉验证法进行了确证.本文亦采用支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LSSVM)和高斯过程(GP)等三种方法建立了上述参数与碳纳米管吸附性质的非线性模型.SVM和LSSVM模型表现出强的拟合能力,但预测能力明显不如其他模型.GP模型无论是拟合能力还是预测能力都是最佳,但并没有明显地优于线性模型,说明对本文研究体系而言,其分子结构与性质间的关系主要以线性形式存在.     

有机污染物在碳纳米管吸附的定量结构-性质关系

对一系列共59个芳香性分子进行了HF/6-31G^*水平上的结构优化,并在优化结构上进行了分子静电势及其导出参数的计算,应用多元线性回归方法建立了碳纳米管吸附有机污染物的平衡常数与分子结构间的定量关系. 结果表明,分子表面静电势参数（V_min、σ₊² 和ΣV_ind⁺）结合分子表面积（S）和最低空轨道能级（ε_LUMO）可以很好地用于构建碳纳米管吸附的定量结构-性质关系（QSPR）模型. 模型中引入的参数均具有明确的物理意义,其合理性可以从污染物与碳纳米管或水分子间相互作用的角度进行解释. 模型的稳定性和预测能力经“留一法”和Monte Carlo 交叉验证法进行了确证. 本文亦采用支持向量机（SVM）、最小二乘支持向量机（LSSVM）和高斯过程（GP）等三种方法建立了上述参数与碳纳米管吸附性质的非线性模型. SVM和LSSVM模型表现出强的拟合能力,但预测能力明显不如其他模型. GP模型无论是拟合能力还是预测能力都是最佳,但并没有明显地优于线性模型,说明对本文研究体系而言,其分子结构与性质间的关系主要以线性形式存在.     

有限长碳纳米管中的分子输运

采用非平衡分子动力学方法研究了有限长度、开口单壁碳纳米管中氦分子的输运过程.结果表明氦分子在小管径碳纳米管中主要以超扩散方式运动.当碳纳米管直径大于某一阈值时发生从超扩散向弹道输运方式的转变,而随着管径的继续增大,分子输运重新以超扩散的方式进行.这种转变与纳米管端口效应有密切的联系.当碳纳米管内部分子通过弹道方式高速运动时,这种运动在端口处由于端部势垒的影响而被抑制,造成端部阻塞现象,其本质是受端部势垒和碳纳米管管径共同影响的结果.