三维有序大孔_介孔硅材料固定化脂肪酶及催化性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文三维有序大孔/介孔硅材料固定化脂肪酶及催化性能研究论文作者：郑鹏举学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：生物化工指导教师：高静职称：教授姜艳军教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21276060,21276062,21106164）；河北省自然科学基金（B2015202082）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofBiochemicalEngineeringLIPASEIMMOBILI

2、ZATIONONTHREE-DIMENSIONALLYORDEREDMACRO/MESOPOROUSMATERIALSANDRESEARCHOFTHEIRCATALYTICPERFORMANCEByZhengPengjuSupervisor:Prof.GaoJingProf.JiangYanjunMay2016ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina(No.21276060,21276062,and21106164)andtheNaturalScienceFou

3、ndationofHebei(B2015202082).摘要三维有序大孔/介孔硅材料拥有有序排列的大孔及孔径均一的介孔，具有传质性能好、比表面积大等优势，这使得它们能够成为固定化酶的优良载体。本论文以三维有序大孔/介孔无机硅和有机硅材料为载体，利用物理吸附法及交联法进行酶的固定化，主要研究内容如下：（1）三维有序大孔/介孔无机硅材料固定化脂肪酶及其催化性能研究。采用双模板法（聚苯乙烯胶体晶体为硬模板，表面活性剂P123为软模板）制备三维有序大孔/介孔硅材料（3DOM/m-S）。SEM及TEM图像显示3DOM/m-S拥有450nm左右有序排列的大孔

4、及有序的介孔结构。通过N2吸附脱附实验进一步验证了介孔孔径大小为5.5nm，并测得其比表面积为295.17m2/g，孔体积为0.405cm3/g。通过SAXRD验证了介孔的有序性。将3DOM/m-S用于固定化脂肪酶CALB，制备得到固定化酶CALB@3DOM/m-S。FTIR与CLSM结果证明了脂肪酶成功地固定于3DOM/m-S上。研究了CALB@3DOM/m-S的热稳定性及有机溶剂耐受性。结果发现，在80oC的异辛烷和丙酮中浸泡3h后，CALB@3DOM/m-S分别能保持初始活性的69%与60%；在40oC的异辛烷和丙酮中浸泡288h后，CAL

5、B@3DOM/m-S能分别保持初始活性的148%与74%。将CALB@3DOM/m-S用于不同链长的酸和醇的酯化反应时，均具有良好的催化性能，能够在较短时间内实现90%以上的底物转化率。用于催化合成油酸乙酯时，第一次反应12h，油酸的转化率为93%，重复使用12次后，其转化率仍能达到80%，这表明CALB@3DOM/m-S具有良好的重复使用稳定性。（2）三维有序大孔/介孔硅材料固载化脂肪酶交联酶聚集体及其催化性能研究。以三维有序大孔/介孔硅材料为载体，采用先吸附戊二醛再交联酶的方法制备三维有序大孔/介孔硅材料固载化脂肪酶交联酶聚集体（CLL@3D

6、OM/m-S）。探究了CLL@3DOM/m-S在有机溶剂与水中的稳定性，结果显示，相比前一章制备的CALB@3DOM/m-S，CLL@3DOM/m-S的稳定性显著提高。在70oC的磷酸缓冲液（PBS，pH7.0）中浸泡0.5h后，仍能够保留初始活性的50%；在80oC的异辛烷与丙酮中浸泡3h后，CLL@3DOM/m-S能分别保留100%及70%的初始活性。进一步研究了CLL@3DOM/m-S的有机溶剂耐受性，在40oC的异辛烷与丙酮中浸泡288h，能分别保留140%及110%的初始活性。研究了CLL@3DOM/m-S用于油酸和乙醇的酯化反应的重复

7、使用稳定性，初次反应的油酸转化率为97%，在重复使用14次以后，油酸转化率仍能够达到90%。结果显示，CLL@3DOM/m-S比CALB@3DOM/m-S拥有更好的重复使用稳定性。I（3）三维有序大孔/介孔有机硅材料固定化脂肪酶及其催化性能研究。采用双模板法制备了三维有序大孔/介孔有机硅材料。SEM及TEM结果显示，3DOM/m-OS拥有400nm左右有序排列的大孔及有序排列的介孔。通过N2吸附脱附实验证明了介孔孔径为5.0nm，并测得其比表面积为344.41m2/g，孔体积为0.475cm3/g。通过SAXRD验证了介孔的有序性。分别采用物理吸

8、附法与交联法得到CALB@3DOM/m-OS和CLL@3DOM/m-OS。研究了两者的热稳定性及有机溶剂耐受性，在80oC的异辛烷和丙酮