Peningkatan Efisiensi Adsorpsi Glikosida Feniletanoid Pada Karbon Mesopori

PERKENALAN

Cistanche tubulosa merupakan tanaman parasit Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), dan tumbuh terutama pada akar tanaman Tamarix dan spesies Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al., 2017).Cistanche tubulosaawalnya direkam dalam Materia Medica Tiongkok karya Shen Nong pada ca. 100 SM Pertumbuhan dan budidaya Cistanche tubulosa memerlukan kondisi lingkungan yang parah, dan ditanam secara luas di tanah gersang dan gurun di belahan bumi utara, seperti provinsi Xinjiang, Mongolia Dalam, Gansu, Qinghai, dan Daerah Otonomi Ningxia di Tiongkok (Anda dkk., 2016). Cistanche tubulosa adalah ramuan tonik Tiongkok berharga yang memiliki fungsi menyehatkan ginjal, anti penuaan, meningkatkan esensi darah, dan melembabkan usus besar untuk melancarkan tinja (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui dkk., 2018), dan bmemiliki reputasi sebagai "Ginseng Gurun Pasir" (Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa secara resmi tercatat dalam Farmakope Tiongkok sebagai sumber otentiknyaCistanches Herba(Nama Cina: Roucon-strong) dari edisi 2005 (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).

CISTANCHE TUBULOSA ALAMI UNTUK MENINGKATKAN FUNGSI SEKSUAL PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Penelitian sebelumnya telah mengungkap beberapa kandungan kimia utama Cistanche tubulosa, termasuk PhGs, iridoid, dan polisakarida (Li et al., 2018a). Struktur PhGs terutama terdiri dari asam sinamat dan fenil etil alkohol yang melekat pada -glukopiranosa melalui hubungan ester dan glikosidik (Luo et al., 2010), dan PhGs telah dianggap sebagai komponen aktif utama Cistanche tubulosa yang memiliki berbagai aktivitas farmakologis (Liao et al., 2018). Studi menunjukkan bahwa PhGs memiliki beragam khasiat obat, seperti perlindungan saraf, regulasi kekebalan tubuh, anti-inflamasi, perlindungan hati, dan antioksidan (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Menurut evaluasi fitokimia, PhG sepertiechinacoside, dan acteosidedianggap sebagai komponen aktif utama dan penanda Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), yang biasanya dipilih sebagai senyawa penanda untuk evaluasi kualitas Cistanche tubulosa dan spesies Cistanche dibedakan melalui senyawa ini. PhG merupakan senyawa alami yang larut dalam air karena memiliki banyak gugus hidroksil dan gugus hidroksil fenolik dalam molekulnya. Dengan demikian, PhGs dapat dipisahkan dari Cistanche tubulosa dalam larutan air.

Banyak metode pemisahan dan pemurnian produk alami telah dikembangkan termasuk adsorpsi (Liu et al., 2016), pemisahan membran (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) dan ekstraksi pelarut, dan sebagainya (Li dkk., 2015a,b; Wang S. dkk., 2016; Zhang H. dkk., 2016). Namun, pemisahan membran dan ekstraksi pelarut tidak cocok untuk persiapan skala besar dan sulit untuk mencapai perolehan produk yang tinggi (Zhang et al., 2018a). Adsorpsi adalah salah satu metode yang paling banyak diadopsi untuk pemisahan produk alami (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Karena struktur porinya yang unik dan dapat diatur, luas permukaan yang tinggi, dan stabilitas mekanis, karbon mesopori (ukuran pori antara 2 dan 50 nm) telah terbukti menjadi jenis adsorben yang efisien untuk produk alami yang bersifat adsorpsi. Studi menunjukkan bahwa karbon mesopori lebih cocok untuk mengadsorpsi makromolekul, seperti karbon mesopori yang telah digunakan oleh Qin et al. untuk pengayaan asam klorogenat dari daun eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Li dkk. mensintesis dua karbon mesopori melalui pendekatan perlakuan hidrotermal dan mengevaluasi kinerja adsorpsi dua karbon mesopori untuk berberin hidroklorida dan kelautan dari air (Li et al., 2018b). Ini dianggap sebagai bahan yang menjanjikan sebagai adsorben yang sangat efisien (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Selain itu, karbon mesopori juga telah diterapkan pada penghilangan adsorptif senyawa aromatik, pewarna, dan logam berat dari air limbah (Kong et al., 2016). Dalam karya yang diterbitkan sebelumnya, Liu et al. menggunakan resin makropori untuk menyerap PhG dari Cistanche tubulosa, dan kemurnian PhG meningkat tetapi kapasitas adsorpsi dan laju desorpsi rendah. Dibandingkan dengan resin makropori, karbon mesopori memiliki karakteristik luas permukaan spesifik yang besar, ukuran pori yang sesuai, dan volume pori yang tinggi. Oleh karena itu, karbon mesopori dianggap sebagai adsorben yang sangat efisien untuk PhGs. Dalam penelitian ini, ketiga jenis karbon mesopori dipilih sebagai adsorben untuk pemisahan dan pemurnian PhGs dari Cistanche tubulosa.

Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengeksplorasi kinerja adsorpsi CMK-3 untuk pemisahan dan pemurnian PhG dari Cistanche tubulosa. Pengaruh konsentrasi, pH, dan suhu yang berbeda terhadap kinerja adsorpsi CMK- 3 diselidiki dan kondisi adsorpsi optimal PhG disaring. Karbon mesopori dikarakterisasi dengan FT-IR, BET, TEM, dan TGA, dan isoterm serta kinetika adsorpsi dilakukan dan dianalisis secara rinci.

CISTANCHE TUBULOSA ALAMI UNTUK MENINGKATKAN FUNGSI SEKSUAL PHGS75% ECH 30% ACT 12%

EKSPERIMEN

Bahan dan Reagen

Batang Cistanche tubulosa dibeli dari Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Standar dariechinacoside(kemurnian lebih besar dari atau sama dengan 98%) dan acteoside (kemurnian lebih besar dari atau sama dengan 98%) dibeli dari Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai). Asetonitril, metanol, dan asam asetat HLPC dibeli dari Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Etanol tingkat analitis dibeli dari Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Karbon mesopori pesanan (CMK-3), karbon mesopori tak beraturan (DMC), dan karbon mesopori pesanan kubik tiga dimensi (CMK-8) dibeli dari Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing).

Karakterisasi

Morfologi dan struktur mikro sampel yang disiapkan diselidiki menggunakan mikroskop elektron Transmisi (TEM, Tecnai G2 F20) yang dioperasikan pada 200 KV. Sampel TEM disiapkan dalam kondisi sekitar dengan mendepositkan tetesan larutan etanol dengan bahan mesopori ke film karbon yang didukung oleh jaringan Cu. Umumnya, sumber cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dipilih untuk meningkatkan resolusi mikroskop, dan struktur karbon mesopori dapat diamati. Gugus fungsi permukaan diukur secara kualitatif dengan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FT-IR, AVATAR360) menggunakan interaksi antara radiasi inframerah dan molekul materi. FT-IR menggunakan uji metode refleksi total yang dilemahkan, syaratnya ukuran langkah 2 cm−1 dan rentang pemindaian 4,000–400 cm−1. Data struktur fisik seperti luas permukaan spesifik, ukuran pori, dan volume pori karbon mesopori dihitung oleh Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Prosedur untuk adsorben adalah sebagai berikut: karbon mesopori dihilangkan gasnya pada suhu 60◦C selama 12 jam, dan kurva adsorpsi-desorpsi N2 diuji pada suhu −196◦C untuk menghitung luas permukaan spesifik, ukuran pori, dan volume pori dari karbon mesopori. karbon mesopori. Penganalisis termo gravimetri (TGA, STA 449 F3) adalah instrumen yang menggunakan termo gravimetri untuk mendeteksi hubungan suhu-massa suatu zat, dan TGA mengukur massa suatu zat sebagai fungsi suhu di bawah kendali suhu program. Data TGA diperoleh dengan menggunakan TGA pada suhu berkisar antara 30 hingga 800◦C dengan laju pemanasan 10◦C/menit di bawah atmosfer udara.

Analisis HPLC

Kandungan echinacoside dan acteoside dideteksi dengan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC, Waters Co., USA). Sistem ini mencakup autosampler, pompa bertekanan tinggi, dan detektor ultraviolet (UV). Analisis dilakukan pada kolom simetri C18 (100Å, 5µm, 4,6 × 250 mm). HPLC menggunakan metode elusi gradien untuk memisahkan dan mendeteksi sampel. Volume loop injeksi adalah 10µm, suhu kolom 30◦C, panjang gelombang deteksi spektrofotometer UV adalah 330 nm, laju aliran 1 ml/menit dan fase gerak adalah (A) asetonitril dan (B) asetat asam/air (1:44, v/v).

Kesetimbangan Adsorpsi

Eksperimen optimasi kondisi adsorpsi CMK- 3 telah dilakukan dengan menggunakan campuranakteosida dan enkanosidadan dalam kondisi optimal, ekstrak kasar Cistanche tubulosa dilakukan pada percobaan siklus adsorpsi dan semua percobaan adsorpsi dilakukan berulang kali minimal 3. Dalam kumpulan percobaan yang sama, karbon mesopori CMK-8 dan DMC dijalankan secara paralel dengan CMK-3. Ketiga jenis karbon mesopori (CMK- 3, DMC, dan CMK-8) masing-masing 10 mg ditambahkan ke dalam tiga botol. Kemudian ditambahkan 15 mL larutan sampel dengan konsentrasi awal C0 (mg/mL) ke dalam botol. Botol ditempatkan dalam pengocok suhu konstan 30◦C selama 24 jam sampai kesetimbangan adsorpsi tercapai. Kemudian 1 ml larutan adsorpsi disaring melalui filter 0,22µm dan konsentrasi kesetimbangan Ce (mg/mL) larutan sampel ditentukan dengan HPLC.

Eksperimen Desorpsi

Kemudian dilakukan percobaan desorpsi karbon mesopori. Karbon mesopori teradsorpsi dalam 15 mL larutan campuran metanol/asam asetat (9:1, v/v), yang ditempatkan dalam penangas air ultrasonik selama 1 jam pada suhu 30◦C. Larutan desorpsi yang diperoleh disaring dengan filter 0,22 sebelum dianalisis dengan HPLC.

Kapasitas adsorpsi qe (mg/ml) dievaluasi sebagai berikut:

dimana V adalah volume larutan (mL) dan W adalah berat karbon mesopori (g).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakterisasi

Gambar 1 menunjukkan TEM dari tiga jenis karbon mesopori. DMC adalah jaringan berpori yang tidak teratur, CMK-8 adalah struktur jaringan berpori tiga dimensi, dan CMK-3 adalah struktur bergaris dengan pori satu dimensi yang teratur, yang mirip dengan hasil yang dilaporkan (Wang dkk., 2006; Luo dkk., 2010).

Gambar 2 menunjukkan spektrum FT-IR karbon mesopori (CMK-3, DMC, dan CMK-8) dan spektrum FT-IR sebelum dan sesudah adsorpsi CMK-3. Dapat dilihat dari Gambar 2A bahwa gugus fungsi pada permukaan karbon mesopori sebagian besar mengandung oksigen. Bentuk keseluruhan spektrum ketiga jenis karbon mesopori serupa. Karbon mesopori menunjukkan pita puncak pada 3,423 cm−1 mengacu pada pita getaran regangan OH. Pita di wilayah 1.580 dan 1.629 cm−1 berhubungan dengan getaran regangan karbonil dan karboksil C=O. Selain itu, puncak yang terjadi pada 1.384 cm−1 ditemukan merupakan vibrasi regangan CO alkoholik, dan vibrasi tarik pada 2.922 dan 2.852 cm−1 masing-masing berhubungan dengan CH pada gugus metilen dan metil. Hal ini menunjukkan bahwa gugus yang mengandung oksigen yang ada pada permukaan karbon mesopori dapat menyebabkan interaksi kimia yang lemah antara molekul PhGs dan karbon mesopori.

Gambar 2B menunjukkan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum dan sesudah adsorpsi, akteosida, dan enkanosida. Puncak karakteristik pada 1,697 cm−1 berasal dari C=C olefin dalam akteosida dan enchanoside, sedangkan pita di wilayah 1,519–1,423 cm−1 berhubungan dengan puncak vibrasi regangan cincin aromatik C{ {12}}C dalam acteoside dan enchanoside. Vibrasi tarik pada 1,604 cm−1 merupakan ikatan C=O dan puncaknya pada 1,157 cm−1 disebabkan oleh vibrasi ulur ikatan eter pada akteosida dan enkanosida. Dibandingkan dengan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum adsorpsi, spektrum FT-IR CMK-3 setelah adsorpsi muncul puncak-puncak baru yang termasuk dalam puncak karakteristik acteoside dan enchanoside.

Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 merupakan parameter penting untuk adsorpsi PhGs pada CMK-3 dan perbandingan struktur adsorben. Gambar 3 menunjukkan isoterm adsorpsi-desorpsi N2 CMK-3, CMK-8, DMC, dan CMK-3 masing-masing setelah adsorpsi PhGs. Seperti dapat dilihat dari Gambar 3, isoterm karbon mesopori mirip dengan isoterm tipe-IV di mana isoterm jenis ini didominasi mesopori, dengan kisaran ukuran pori antara 2 dan 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Kesenjangan antara isoterm adsorpsi dan desorpsi disebut loop histeresis yang disebabkan oleh reaksi kondensasi kapiler. Untuk reaksi kondensasi kapiler, kondensasi kapiler terjadi pertama kali pada pori-pori terkecil (Barsotti et al., 2016). Hal ini menunjukkan bahwa CMK-3 memiliki mesopori yang lebih kecil dibandingkan DMC dan CMK-8, yang konsisten dengan hasil Tabel 1. Isoterm CMK-3 menunjukkan loop histeresis H1 yang indikasi pengisian pori yang cepat terkait dengan kondensasi kapiler dan struktur pori CMK-3 cukup teratur. Isoterm DMC menunjukkan loop histeresis H3, histeresis jenis ini memiliki pori-pori yang tidak teratur karena jaringan pori-pori yang menyebabkan struktur adsorben berpori tidak terdefinisi. Isoterm CMK-8 menunjukkan loop histeresis H2, yang menunjukkan bahwa struktur pori rumit dan distribusi ukuran pori tidak merata.

Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 CMK-3 dibandingkan sebelum dan sesudah adsorpsi PhGs. Isoterm CMK-3 setelah adsorpsi juga mirip dengan isoterm tipe-IV pada Gambar 3B. Hal ini menunjukkan bahwa CMK-3 mempertahankan struktur mesoporinya setelah adsorpsi. Seperti dapat dilihat dari Tabel 1, permukaan spesifik dan volume pori CMK-3 setelah adsorpsi menunjukkan penurunan yang nyata, luas permukaan spesifik CMK-3 sebelum dan sesudah adsorpsi menurun dari 1,{{18 }}98,02 menjadi 227,75 m2 /g, dan volume pori berkurang dari 1,32 menjadi 0,42 cm3 /g. Hal ini menunjukkan bahwa molekul PhGs teradsorpsi pada CMK-3.

Table 1 summarizes the BET-specific surface area, pore volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK-3.

Gambar 4 menunjukkan kurva TGA dari tiga jenis karbon mesopori (CMK-3, CMK-8, dan DMC). Seperti dapat dilihat dari Gambar 4, ketiga jenis karbon mesopori semuanya mempunyai dua tahap kehilangan massa yang berbeda: tahap pertama kehilangan massa disebabkan oleh penguapan uap air dalam karbon mesopori sebelum 100◦C, tahap kehilangan massa kedua CMK- 3, DMC dan CMK-8 masing-masing terjadi pada suhu 660, 427, dan 615◦C, yang berhubungan dengan dekomposisi termal oksidatif bahan karbon mesopori. Terlihat bahwa suhu dekomposisi termal CMK-3 lebih tinggi dibandingkan CMK-3 dan CMK-8, serta stabilitas termal CMK-3 lebih baik dibandingkan CMK -8 dan DMC.

Perbandingan Kinerja Adsorpsi Tiga Karbon Mesopori Karena ketiga adsorben sebagian besar terdiri dari karbon, interaksi adsorpsi antara PhGs dan karbon mesopori dianggap sama. Oleh karena itu, perbedaan kinerja adsorpsi dianggap berasal dari perbedaan struktur fisik karbon mesopori. Tabel 2 menunjukkan kinerja adsorpsi ketiga jenis karbon mesopori. Terlihat dari Tabel 2 bahwa ketiga jenis karbon mesopori semuanya dapat mengadsorpsi PhG, dan CMK-3 memiliki kinerja adsorpsi yang lebih baik dibandingkan CMK-8 dan DMC. Hal ini menunjukkan bahwa ukuran pori karbon mesopori lebih besar dibandingkan molekul PhGs, dan ukuran pori bukan merupakan faktor utama yang mempengaruhi kapasitas adsorpsi ketiga karbon mesopori. Kapasitas adsorpsi dan laju desorpsi CMK-3 masing-masing mencapai 189,37 mg/g dan 94,96%. Kapasitas adsorpsi CMK-3 lebih tinggi dibandingkan CMK-8. Karena volume pori dan luas permukaan spesifik CMK-3 lebih besar dibandingkan DMC dan CMK-8, hal ini menunjukkan bahwa volume pori dan luas permukaan spesifik merupakan faktor utama yang mempengaruhi kinerja adsorpsi.

Optimalisasi Kondisi Adsorpsi Optimalisasi percobaan adsorpsi untuk CMK-3 telah dilakukan dengan menggunakan campuran keduanyaakteosida dan enkanosida. Suhu, pH, dan konsentrasi merupakan faktor utama yang mempengaruhi kinerja adsorpsi CMK-3. Dengan demikian, pengaruh ketiga faktor yang mempengaruhi kinerja adsorpsi CMK-3 diselidiki.

Pengaruh Konsentrasi Sampel Terhadap Kinerja Adsorpsi CMK-3

Pengaruh konsentrasi sampel terhadap kinerja adsorpsi CMK{{0}} ditunjukkan pada Gambar 5. Dengan meningkatnya konsentrasi, kapasitas adsorpsi meningkat. Kapasitas adsorpsi tidak lagi meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi sampel ketika konsentrasi sampel tercapai pada 0,41 mg/g. Pada konsentrasi awal sampel yang rendah, situs aktif adsorben cukup untuk adsorpsi sejumlah kecil molekul PhGs. Sebaliknya, pada konsentrasi awal sampel yang tinggi, jumlah situs aktif pada adsorben yang tetap tidak mampu mengadsorpsi peningkatan jumlah molekul PhGs. Dengan demikian, kapasitas adsorpsi CMK-3 terhadap molekul PhGs cenderung seimbang.

CISTANCHE TUBULOSA ALAMI UNTUK MENINGKATKAN FUNGSI SEKSUAL PHGS75% ECH 30% ACT 12%

Pengaruh pH terhadap Kinerja Adsorpsi CMK-3

Gambar 6 menunjukkan pengaruh pH terhadap kinerja adsorpsi CMK-3. Terlihat dari Gambar 6 bahwa nilai pH optimal adalah 6 untuk adsorpsi PhGs oleh CMK-3. Alasannya adalah sebagai berikut: PhGs memiliki sejumlah besar gugus hidroksil fenolik dan termasuk dalam molekul asam lemah, dan nilai pH yang berbeda mempengaruhi ionisasi dan stabilitas molekul PhGs. Ionisasi gugus hidroksil fenolik akan terhambat pada nilai pH rendah, sedangkan stabilitas gugus hidroksil fenolik pada PhGs akan menurun pada nilai pH tinggi. Terhambatnya ionisasi gugus hidroksil fenolik pada PhGs mengakibatkan penurunan interaksi elektrostatik antara PhGs dan CMK-3, sehingga menurunkan kinerja adsorpsi CMK-3 untuk PhGs. Dengan demikian, pH optimum adalah 6 untuk adsorpsi CMK- 3.

Pengaruh Suhu Terhadap Kinerja Adsorpsi CMK-3

Suhu merupakan parameter penting dalam proses adsorpsi. Suhu tidak hanya mempengaruhi difusi molekul PhGs pada antarmuka lapisan batas luar tetapi juga di dalam pori-pori adsorben. Gambar 7 menunjukkan pengaruh suhu terhadap kapasitas adsorpsi CMK-3. Kapasitas adsorpsi CMK-3 meningkat seiring dengan peningkatan suhu dari 30 menjadi 60◦C. Telah dilaporkan bahwa alasan utamanya adalah bahwa situs aktif meningkat seiring dengan meningkatnya suhu karena sifat proses yang endotermik, dan difusi intra-partikel dari adsorben meningkat dengan meningkatnya suhu adsorpsi (Peng et al., 2015) . Selain itu, mobilitas molekul PhGs meningkat dan ketahanan difusinya menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Kapasitas adsorpsi menurun seiring dengan meningkatnya suhu ketika suhu 60–80◦C. Hal ini menunjukkan bahwa suhu adsorpsi mempunyai nilai optimum dan molekul PhGs mungkin tidak stabil pada suhu tinggi. Oleh karena itu, suhu adsorpsi optimum dipilih 60◦C.

Kondisi adsorpsi optimum CMK{{0}} adalah sebagai berikut: konsentrasi sampel 0,41 mg/g, pH larutan 6, dan suhu adsorpsi 60◦C. Dalam kondisi optimal, kapasitas adsorpsi PhGs dalam ekstrak kasar pada CMK-3 adalah 358,09 ± 4,13 mg/g, lebih dari tiga kali lipat kapasitas adsorpsi PhGs pada resin makropori (HPD300, 94,93 mg/g) (Liu dkk., 2013). Sementara itu, laju desorpsi CMK-3 lebih tinggi 94,67% dibandingkan resin makropori.

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi ditunjukkan pada Gambar 8A. Dengan meningkatnya konsentrasi kesetimbangan, kapasitas adsorpsi PhGs meningkat dan mencapai status jenuh. Untuk lebih memahami kinerja adsorpsi PhGs pada CMK-3, isoterm adsorpsi CMK-3 diselidiki menggunakan model Langmuir dan Freundlich. Parameter adsorpsi yang diperoleh dari model berbeda memberikan beberapa informasi berguna mengenai mekanisme adsorpsi. Gambar 8B, dan C menggambarkan isoterm adsorpsi CMK-3 yang dimodelkan oleh model Langmuir dan Freundlich.

Model Langmuir didasarkan pada asumsi bahwa adsorpsi terjadi pada lokasi spesifik yang homogen dalam adsorben, tidak terjadi interaksi signifikan antar spesies yang teradsorpsi, dan adsorben menjadi jenuh setelah satu lapisan.

molekul adsorben terbentuk pada permukaan adsorben. Persamaan isoterm Langmuir yang dilinearisasi dapat ditulis sebagai berikut:

Model Freundlich umumnya digunakan untuk menggambarkan karakteristik adsorpsi permukaan multilayer dan heterogen (Wu et al., 2017). Bentuk linearnya diberikan sebagai berikut:

di mana qm (mg/g) adalah kapasitas adsorpsi monolayer maksimum teoritis, KL (mL/mg) adalah konstanta Langmuir yang terkait dengan energi adsorpsi yang mencerminkan afinitas antara adsorbat dan adsorben (Wu et al., 2017; He et al. , 2019), KF [(mg/g)•(mL/mg)1/n ] dan n adalah konstanta Freundlich. KF merupakan indikator kapasitas adsorpsi relatif, n berhubungan dengan besarnya gaya penggerak adsorpsi dan heterogenitas situs pengikatan, dan 1/n menunjukkan kesukaan adsorpsi.

Parameter model isotermik dirangkum dalam Tabel 3. Model Langmuir lebih baik daripada model Freundlich dalam mendeskripsikan data adsorpsi PhGs pada CMK-3, yang menunjukkan bahwa adsorpsi PhGs pada CMK{{2 }} adalah proses adsorpsi monolayer sederhana (Wang F. et al., 2017). Selain itu, adanya kandungan oksigen

gugus fungsi pada permukaan CMK{{0}} meningkatkan adsorpsi PhGs. Jumlah adsorpsi maksimum (qm) dapat mencapai 380,70 mg/g yang serupa dengan nilai eksperimen. Selain itu, nilai 1/n PhGs dihitung sebesar 0,22<0.5. It indicated that the adsorption of the PhGs on the CMK-3 could take place easily (Fu et al., 2007; Gan et al., 2018). This indicated that the adsorption of PhGs on CMK-3 was not completely a physical adsorption process. PhGs contain multiple hydroxyl groups which might form hydrogen bonds with the oxygen-containing functional groups on the CMK-3 and offer weak chemical adsorption for the adsorption. Therefore, CMK-3 adsorption of PhGs was a complex adsorption process combining physical adsorption with chemisorption. 

Kinetika Adsorpsi

Kapasitas adsorpsi CMK-3 diselidiki sebagai fungsi waktu untuk menentukan waktu kesetimbangan adsorpsi pada Gambar 9A. Penyelidikan menunjukkan bahwa laju adsorpsi kesetimbangan secara bertahap menurun dan secara bertahap mendatar ketika kapasitas adsorpsi mendekati kesetimbangan. Ditemukan bahwa kesetimbangan adsorpsi tercapai setelah 14 jam. Laju adsorpsi awal yang cepat mungkin disebabkan oleh gradien konsentrasi yang tinggi antara PhGs dan CMK-3 dalam larutan dan permukaan CMK-3 memiliki ketersediaan situs aktif yang besar.

Kinetika adsorpsi dievaluasi dengan penerapan model difusi pseudo-first-order, pseudo-second-order, dan intra-partikel. Grafik yang diplot dari model pseudo-first-order, pseudo-second-order, dan model difusi intra-partikel untuk adsorpsi PhG ke CMK-3 masing-masing ditunjukkan pada Gambar 9B–D.

Bentuk linier model kinetika dinyatakan sebagai berikut:

Orde pertama semu (Li dkk., 2017a):

Orde kedua semu (Tang et al., 2018):

dimana K1 (1/mnt) dan K2 (g/mg·min−1 ) masing-masing adalah konstanta laju persamaan laju orde pertama semu dan persamaan laju orde kedua semu. qe (mg/g) adalah kapasitas adsorpsi teoritis pada kesetimbangan.

Model difusi intra-partikel:

dimana Kp adalah konstanta difusi intra-partikel (mg/g·min) dan C adalah refleksi dari efek lapisan batas (mg/g).

Nilai qe, konstanta laju, dan koefisien korelasi yang dihitung ditunjukkan pada Tabel 4. Model pseudo-second-order memberikan nilai R 2 sebesar 0,998, sedangkan nilai R 2 dari pseudo-first- model pesanan adalah 0,84. Hal ini menyiratkan bahwa model pseudo-orde kedua menunjukkan hubungan linier yang lebih baik daripada model pseudo-first-order. Gambar 9C menunjukkan bahwa plot linier t/qe vs. t menunjukkan kesesuaian yang baik dengan data eksperimen dari model pseudo-orde kedua. Qe yang dihitung dari pseudo-orde kedua sangat mirip dengan data eksperimen (Tabel 4). Hasil ini menunjukkan bahwa model kinetika pseudo-orde kedua lebih cocok dibandingkan model kinetika pseudo-first-order.

Namun hasil evaluasi model pseudo orde kedua tidak dapat menentukan mekanisme adsorpsi potensial. Secara umum diterima bahwa kinetika adsorpsi dikendalikan oleh mekanisme difusi, yang terdiri dari difusi eksternal, difusi lapisan batas, dan difusi intra-partikel (Wong et al., 2019). Model difusi intra-partikel digunakan untuk menentukan apakah difusi intra-partikel merupakan langkah pembatas laju.

Difusi intra-partikel dikatakan sebagai langkah pembatas laju ketika qt vs. t1/2 linier. Difusi intra-partikel adalah satu-satunya langkah pengendalian laju ketika kurva melewati titik asal. Dapat dilihat dari Gambar 9D, difusi intra-partikel diatur oleh dua tahap berbeda. Tahap pertama kurva mewakili adsorpsi permukaan. Tahap kedua menunjukkan difusi intra-partikel di pori-pori CMK-3. Karena plot difusi intra-partikel tidak melewati titik asal, model tersebut menunjukkan bahwa mekanisme adsorpsi lebih dari satu mekanisme dan difusi intra-partikel bukanlah satu-satunya langkah yang membatasi laju. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa mekanisme adsorpsi PhGs pada CMK-3 bersifat kompleks sehingga adsorpsi permukaan luar dan difusi intrapartikel terjadi secara bersamaan.

Eksperimen Berulang

Penggunaan kembali merupakan faktor penting dalam mempertimbangkan penggunaan dan nilai adsorben dalam aplikasi praktis. Oleh karena itu, kinerja adsorpsi siklik CMK-3 untuk ekstrak kasar diuji. Gambar 10 menunjukkan hasil adsorpsi siklik CMK-3 untuk ekstrak kasar Cistanche tubulosa. Terlihat dari Gambar 10 bahwa kapasitas adsorpsi CMK-3 berubah dari 358,09 ± 4,13 mg/g menjadi 320,78 ± 5,62 mg/g setelah tiga siklus adsorpsi, yang menunjukkan CMK-3 memiliki kinerja yang baik. pengulangan, dan CMK-3 dapat digunakan berulang kali untuk menyerap PhG.

KESIMPULAN

Sifat adsorpsi PhGs pada ketiga jenis karbon mesopori diselidiki dan karbon mesopori sebelum dan sesudah adsorpsi dikarakterisasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa CMK-3 memiliki luas permukaan spesifik dan volume pori terbesar di antara ketiga adsorben (CMK- 3, DMC, dan CMK-8), serta mampu mengadsorpsi molekul PhGs dengan lebih efektif. daripada DMC dan CMK-8 dariekstrak Cistanche tubulosa.Karena gugus fungsi yang mengandung oksigen pada permukaan CMK-3 dapat menyediakan sejumlah besar situs adsorpsi aktif untuk molekul PhGs. Selain itu, ikatan hidrogen terbentuk antara gugus hidroksil PhGs dan gugus fungsi CMK yang mengandung oksigen- 3. Kapasitas adsorpsi ekstrak kasar untuk PhGs adalah 358.09 ± 4,13 mg/g pada kondisi optimal 0,41 mg/L, pH=6 dan 60◦C, serta laju desorpsi CMK yang sesuai -3 adalah 95,02%. Data adsorpsi menunjukkan bahwa adsorpsi PhG mengikuti model Langmuir dan model pseudo-orde kedua, model difusi intra-partikel menyarankan bahwa langkah-langkah pembatas laju adsorpsi adalah model difusi intra-partikel. CMK-3 dapat digunakan sebagai adsorben potensial untuk menyerap PhG dengan efisiensi tinggi dari Cistanche tubulosa.

EKSTRAK CISTANCHE TUBULOSA ALAMI EKSTRAK HERB CISTANCHE PHGS75% ECH 30% ACT 12%