介孔有机二氧化硅磁性微球的可控合成与酶固定化研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:qipini
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生物酶因为催化效率高、专一性强,副反应少,催化过程和催化产物无毒、无污染等优点在许多领域都有很重要的应用,但是生物酶对反应环境的要求比较高,对温度、酸碱等非常的敏感,很容易失去活性,而且在催化的过程中回收比较困难,难以再次利用,这些问题都很大程度上限制了生物酶的应用。固定化酶技术的出现很好的解决了以上的问题。介孔材料具有高的比表面积、均一可调的孔径,十分适合作为酶固定化的载体。磁性介孔材料同时具备介孔性质和磁性性能,作为一种固定化酶的优异载体在近年来备受关注。但是目前在磁性介孔材料的研究中,还存在着不能同时兼顾优异的磁学性能和良好的介孔性能的问题。本文以一种磁性介孔复合微球的合成为基础,对磁性介孔复合微球的介孔孔径调节以及官能化修饰进行了探索研究,最后对漆酶分子在不同孔径和有机基团修饰的磁性介孔复合微球上的固定化效果以及固定化漆酶的稳定性进行了研究。主要研究结果如下:  在酸性条件下,以自制的空心FeOOH微球为核心,CTAB为表面活性剂,TMB为扩孔剂,TEOS为硅源,经过水热环境下水解缩聚反应后,在空气中焙烧去除模板剂,最后还原制备出一系列具有不同孔径的介孔SiO2/Fe3O4磁性复合微球。磁性介孔复合微球的磁饱和强度可以达到13.6emu·g-1。通过控制扩孔剂TMB的添加量,可以实现磁性介孔复合微球的介孔孔径在2.9nm~5.1 nm的范围内调控,并且比表面由504m2·g-1增大到719m2·g-1。随着扩孔剂剂量的增加,介孔复合微球的比表面积和孔径均呈现出了先增加后降低的趋势。当n(TMB)∶n(CTAB)为1.5∶1时,样品的比表面积最大为719m2·g-1;当n(TMB)∶n(CTAB)为2∶1的时候,样品的孔径达到最大为5.1nm。  以制备得到的不同孔径的磁性介孔复合微球对漆酶进行固定化,添加扩孔剂的介孔复合微球对漆酶的固定量都有所增加,其中最大孔径5.1nm的样品获得最大的漆酶固定量250.2mg·g-1。扩孔后的介孔SiO2/Fe3O4磁性微球固定化酶温度的稳定性稍微有提高,在60℃时,仍能保持50%的活性,但是如果加入的扩孔剂过多时,固定化酶的温度稳定性反而会降低。扩孔后的介孔SiO2/Fe3O4磁性微球固定化酶的pH稳定性得到一定的提高,并且孔径最大的介孔复合微球固定化酶的稳定性最好,在pH为6.0时,活性仍可以保持60%以上。在制备介孔SiO2/Fe3O4磁性微球的过程中加入扩孔剂,在增大介孔孔道孔径的同时,也增强了孔道对于固定化酶的保护,一定程度上提高了固定化酶的稳定性。  通过后接枝法将氨基基团修饰到介孔SiO2/Fe3O4磁性微球介孔孔道内, N2吸附-脱附测试和红外光谱测试结果表明氨基成功修饰到了介孔复合微球的介孔孔道表面。介孔复合微球修饰氨基后,比表面和孔容都大幅下降,分别从686m2·g-1降到170m2·g-1,从0.87cm3·g-1降到0.30cm3·g-1。通过环氧基基团硅烷前驱体GPTMS与TEOS的共水解缩聚反应,成功制备出环氧基修饰的介孔SiO2/Fe3O4磁性微球。介孔复合微球修饰环氧基后,比表面和孔容同样下降,但是减少的幅度并不是很大,分别从686m2·g-1降到539m2·g-1,从0.87cm3·g-1降到0.70cm3·g-1。环氧基基团修饰的介孔SiO2/Fe3O4磁性微球对漆酶固定化的研究表明,10%修饰量的介孔复合微球对漆酶的固定量有了明显增大,可以达到283.6mg·g-1,并且吸附速率在开始的30min内最大。官能化后的介孔复合微球固定化漆酶的稳定性有所增加,相比于修饰之前温度稳定性在60℃时增加20%,相对活性可以保持60%;pH稳定性在pH为7.0时增加10%,相对活性可以保持70%,但是漆酶活性下降10%左右。
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