How β-cyclodextrin- loaded mesoporous SiO2 nanospheres ensure efficient adsorption of rifampicin

吸附 吸热过程 介孔二氧化硅 介孔材料 X射线光电子能谱 化学工程 化学 环糊精 氢键 傅里叶变换红外光谱 材料科学 催化作用 物理化学 分子 有机化学 工程类
作者
Xun Sun,Mingming Chen,Jiayu Lei,Xinran Liu,Xin Ke,Wengang Liu,Jingkuan Wang,Xiaodan Gao,Xin Liu,Yun Zhang
出处
期刊:Frontiers in Chemistry [Frontiers Media]
卷期号:10: 1040435-1040435 被引量:8
标识
DOI:10.3389/fchem.2022.1040435
摘要

In this study, β-CD@mesoporous SiO2 nanospheres (β-CD@mSi) were prepared by loading β-cyclodextrin (β-CD) onto mesoporous silica nanospheres through an in situ synthesis. This not only solved the defect of β-CD being easily soluble in water, but also changed the physical structure of the mesoporous silica nanospheres. FTIR and XPS results showed that β-CD was successfully loaded onto mesoporous silica nanospheres (mSi), while enhancing the adsorption effect. β-CD@mSi with a monomer diameter of about 150 nm were prepared. At a temperature of 298k, the removal efficiency of a 100 mg/L solution of rifampicin can reach 90% in 4 h and the adsorption capacity was 275.42 mg g-1 at high concentration. Through the calculation and analysis of adsorption kinetics, adsorption isotherms and adsorption thermodynamics based on the experimental data, the reaction is a spontaneous endothermic reaction dominated by chemical adsorption. The electron transfer pathway, structure-activity relationship and energy between β-CD@mSi and rifampicin were investigated by quantum chemical calculations. The accuracy of the characterization test results to judge the adsorption mechanism was verified, to show the process of rifampicin removal by β-CD@mSi more clearly and convincingly. The simulation results show that π-π interaction plays a major interaction in the reaction process, followed by intermolecular hydrogen bonding and electrostatic interactions.
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