在胃部和肠道条件下，用于吸附阿米替林的化学改性面包炉飞灰

《Materials Chemistry and Physics》：Chemically modified bread-oven fly ash for amitriptyline adsorption under gastric and intestinal conditions

本研究创新性地将面包炉飞灰经KOH、HCl、H2SO4化学改性，首次系统评估改性飞灰在模拟胃液（pH 1）和肠液（pH 7.4）中吸附氨基三氯丙胺盐酸盐（AMI·HCl）的性能，并与市售Norit活性炭对比。结果表明，FA-KOH吸附容量达66 mg/g（胃）和155 mg/g（肠），表面活性显著提升（88 m2/g），吸附动力学符合伪一级模型，等温线符合Freundlich方程，热力学分析证实过程自发且放热，为低成本可持续的药物吸附材料提供了新方案。

　　

Luma Ahmed Mohammed Ali | Nurfaizah Abu Tahrim | Mohamad Azuwa Mohamed

马来西亚国民大学（UKM Bangi）科学与技术学院化学科学系，雪兰莪州，43600，马来西亚

摘要：

由于化学改性吸附剂能够从胃肠道中去除有毒化合物，因此它们被广泛用于药物过量的管理。尽管商业级别的活性炭非常有效，但其生产往往需要大量资源。本研究提出了一种可持续的方法，将面包炉产生的灰烬废弃物升级为可用于制药应用的化学改性灰烬吸附剂。首次研究了盐酸阿米替林（AMI·HCl）在模拟胃部和肠道条件下的吸附行为，这些条件与药物过量治疗相关。灰烬通过KOH、HCl和H₂SO₄进行化学处理，无需碳化或热活化步骤，从而制备出三种改性吸附剂（FA-KOH、FA-HCl和FA-H₂SO₄）。这些材料通过BET比表面积分析、FESEM、FTIR、XRD、TGA、拉曼光谱和元素分析进行了表征。在所有改性样品中，FA-KOH的表面性能提升最为显著，其比表面积从6 m² g^-1增加到了88 m² g^-1。FA-KOH在模拟胃液中的吸附容量为66 mg g^-1，在模拟肠液中的吸附容量为155 mg g^-1。系统评估了吸附剂剂量、接触时间、pH值和初始AMI·HCl浓度的影响，并将吸附性能与商业药用活性炭（Norit）进行了比较。吸附动力学符合伪一级模型，而平衡数据则最好用Freundlich等温线描述。热力学分析证实吸附过程是自发的且放热的。这些结果突显了化学改性灰烬作为低成本、可持续的制药吸附剂的潜力。

引言

生物系统和环境中的药物残留物日益引起关注，尤其是像盐酸阿米替林（AMI·HCl）这样的抗抑郁药。作为一种广泛使用的三环类抗抑郁药，AMI·HCl在治疗过程中、意外摄入或故意过量时可能在胃肠道中积累。超过治疗水平的浓度会迅速引发严重的毒性反应，包括中枢神经系统抑制、心血管不稳定，在极端情况下甚至危及生命[1]、[2]。因此，有效且快速地从胃和肠道中去除多余的药物对于减少全身吸收和防止进一步毒性至关重要。

基于吸附的干预措施仍然是胃肠道去污最实用的策略之一。活性炭（AC）因其高比表面积、多孔结构和对抗胺类阳离子分子（如AMI·HCl）的强亲和力而特别适合[3]。然而，传统的药用级活性炭虽然高效，但通常存在生产成本高、合成过程耗能大以及依赖不可再生前体等局限性。这些挑战促使人们越来越关注可持续、低成本的、基于废弃物的吸附剂，作为紧急药物吸附的可行替代品[4]、[5]。

在这些废弃物中，由煤油和厨房燃气燃烧产生的面包炉灰烬是一种丰富但未得到充分利用的国内副产品。面包炉灰烬含有未燃尽的碳和矿物氧化物，使其成为化学改性灰烬吸附剂的有希望的前体[6]、[7]。先前的研究已经探讨了工业灰烬在环境修复中的应用，如染料去除、重金属吸附、农药清除和CO₂捕获[8]、[9]、[10]。然而，其在生物相关条件下的药物吸附潜力尚未得到研究。

此外，尽管面包炉灰烬易于获取且富含碳，但目前尚无研究报道其作为药用级吸附剂的应用。大多数关于灰烬基吸附剂的研究集中在物理化学表征或简单水系统中的污染物去除上，而没有评估其在高离子强度生物介质中的性能，在这些介质中，竞争性离子和有机物质会显著影响吸附行为[11]、[12]。

这两个问题尚未得到解答：(i) 化学改性灰烬吸附剂在模拟的胃部和肠道环境中是否能够有效吸附？(ii) 在相同的生理条件下，其吸附行为与商业药用活性炭相比如何？

为了解决这些问题，本研究介绍了一种利用酸和碱（KOH、HCl和H₂SO₄）处理面包炉灰烬以制备化学改性吸附剂的新方法。首次评估了这些材料在模拟胃液（SGF）和肠道液（SIF）条件下对AMI·HCl的吸附性能，以便与商用药用活性炭（Norit）直接比较。除了结构和化学表征外，还进行了包括平衡等温线、动力学和热力学建模在内的全面吸附分析，以阐明其在生物介质中的吸附行为。

通过利用丰富的国内废弃物并证明其适用于药物吸附，这项工作为胃肠道去污提供了一种创新、可持续且经济高效的替代方案。这些发现推动了废物转化为资源的策略，并为设计在生理相关条件下有效的吸附剂提供了新的见解。

部分摘录

化学材料

本研究中使用的盐酸阿米替林（AMI·HCl）（参考标准，pKa 9.42），纯度为98%，由宝鸡国康生物科技有限公司（China）提供。图1显示了该药物的分子结构。AMI的估计分子尺寸为1.068 × 0.857 × 0.589 nm³ [13]。商业级别的药用活性炭（Norit N.V.，荷兰）仅作为参考吸附剂用于性能比较，硫酸（H₂SO₄）来自HmbG Chemicals公司。

化学组成和官能团分析

1全面概述了所有分析样品的元素组成。根据表1，碳（C）含量表明样品具有碳质或有机性质。值得注意的是，经过处理的样品（FA-H₂SO₄、FA-HCl）的碳含量高于FA-Raw，这表明酸处理增加了表面碳含量，可能增强了样品的吸附能力。这可以通过多种化学反应来解释。

结论

本研究采用了一种物理化学处理方法来改善面包炉灰烬（FA-Raw）的表面特性，而这一点在之前的研究中很少被关注。使用HCl、H₂SO₄和KOH进行化学改性，并结合不超过110°C的温和热处理后，FA-Raw的比表面积从6 m² g^-1显著增加到FA-H₂SO₄的51 m² g^-1、FA-HCl的52 m² g^-1以及FA-KOH的88 m² g^-1。ICP-MS分析证实了这一点。

CRediT作者贡献声明

Nurfaizah Abu Tahrim：撰写——审稿与编辑、验证、监督。 Luma Ahmed Mohammed Ali：撰写——初稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、概念化。 Mohamad Azuwa Mohamed：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢马来西亚国民大学提供的研究经费（项目编号：GUP-2021-045）。同时，他们也感谢马来西亚国民大学的研究与仪器中心（CRIM）提供的技术和管理支持。