セボフルランの吸着除去のための活性炭の表面酸素官能基の富化

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Chemosphere.2020 Jul;260:127496. S0045-6535(20)31690-8. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127496.Epub 2020-07-06.

セボフルランの吸着除去のための活性炭の表面酸素官能基の富化

Enrichment of surface oxygen functionalities on activated carbon for adsorptive removal of sevoflurane.

Teck Nam Ang
Brent R Young
Matthew Taylor
Rob Burrell
Mohamed Kheireddine Aroua
Wei-Hsin Chen
Saeid Baroutian

PMID: 32659541 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127496.

抄録

活性炭は揮発性麻酔薬セボフルランの蒸気流からの吸着除去に有用であることが報告されている。活性炭の表面機能性は、セボフルランの吸着性を高めるために、酸化溶液を用いた水酸化によって修飾することが可能である。本研究では、6mol/L硝酸、2mol/L過硫酸アンモニウム、及び30wt%の過酸化水素(HO)を用いて、市販の活性炭の表面を酸化してセボフルランの吸着能力を向上させる試みを行った。固定条件（ベッド深さ：10cm、入口濃度：528mg/L、流量：3L/min）での吸着試験の結果、HO酸化により望ましいセボフルラン吸着が得られた（0.510±0.005mg/m）。HOを用いて、濃度、酸化時間、温度を変化させて表面の酸素官能基の変化に対する酸化条件の影響を調べるパラメトリック研究を行い、酸素官能基とセボフルランとの相互作用を予測するためにCOSMO-RS(Conductor-like Screening Model for Real Solvents)を適用した。その結果、HOの酸化は、水素結合(HB)アクセプター及びドナーの特性を持つ表面酸素官能基を様々な程度で取り込んでいた。水素結合アクセプター特性を持つ酸素官能基が豊富で、水素結合ドナー特性を持つ酸素官能基が少ない酸化物の方がセボフルランに対する吸着能力が高いことがわかった。また、セボフルランを吸着する傾向の高いHBアクセプター特性を有する酸素官能基が濃縮されているにもかかわらず、HBドナー特性を有する酸素官能基が多量に存在すると、セボフルランの吸着に悪影響を及ぼした。

Activated carbons have been reported to be useful for adsorptive removal of the volatile anaesthetic sevoflurane from a vapour stream. The surface functionalities on activated carbons could be modified through aqueous oxidation using oxidising solutions to enhance the sevoflurane adsorption. In this study, an attempt to oxidise the surface of a commercial activated carbon to improve its adsorption capacity for sevoflurane was conducted using 6 mol/L nitric acid, 2 mol/L ammonium persulfate, and 30 wt per cent (wt%) of hydrogen peroxide (HO). The adsorption tests at fixed conditions (bed depth: 10 cm, inlet concentration: 528 mg/L, and flow rate: 3 L/min) revealed that HO oxidation gave desirable sevoflurane adsorption (0.510 ± 0.005 mg/m). A parametric study was conducted with HO to investigate the effect of oxidation conditions to the changes in surface oxygen functionalities by varying the concentration, oxidation duration, and temperature, and the Conductor-like Screening Model for Real Solvents (COSMO-RS) was applied to predict the interactions between oxygen functionalities and sevoflurane. The HO oxidation incorporated varying degrees of both surface oxygen functionalities with hydrogen bond (HB) acceptor and HB donor characters under the studied conditions. Oxidised samples with enriched oxygen functionalities with HB acceptor character and fewer HB donor character exhibited better adsorption capacity for sevoflurane. The presence of a high amount of oxygen functional groups with HB donor character adversely affected the sevoflurane adsorption despite the enrichment of oxygen functional groups with HB acceptor character that have a higher tendency to adsorb sevoflurane.