埃洛石纳米管复合微球的制备及固定酶的研究
近年来，酶固定化研究在生物催化领域受到广泛关注。通过生物酶固定化技术的应用，可以提高游离酶稳定性，并使其重复利用，但是酶固定成本高、负载量低以及固定化酶活性偏低等缺点限制了该技术在工业领域的进一步推广。因此在生物酶固定化研究中，需要寻找一种廉价易得、高比表面、高孔容、结构稳定且具有较高生物活性的的新型载体。
埃洛石是一种具有中空管状结构的天然粘土类硅酸盐矿物，具有比表面积大、热稳定性好、结构均匀和储量丰富等优点，因此在纳米反应器、复合功能材料和生物催化等领域引起越来越多的关注。研究表明，埃洛石纳米管可以作为固定化酶载体使用，但是酶负载量较低，生物相容性和重复利用性差等缺陷也影响了其应用。因此，本论文首先采用生物材料多巴胺对埃洛石纳米管(HNTs)进行适当的表面改性，改善对酶的固定性能;然后以埃洛石纳米管HNTs为结构单元组制备出新的多孔微球，再用多巴胺对多孔微球进行改性来提高多也微球对酶的固定性能，并进一步研究了固定化酶处理氯酚废水的性能。
具体研究内容如下:
(1)以多巴胺改性埃洛石纳米管(DHNTs)为载体固定漆酶并用于处理2，4-二氯苯酚废水的研究
利用多巴胺对HNTs进行改性，并通过红外、透射电镜、比表面积和孔径分析、XPS分析等对载体进行表征，探讨改性机理，并研究了以此为载体的固定化漆酶的酸碱稳定性、热稳定性、储藏稳定性、重复使用性，然后进一步考察DHNTs固定化漆酶催化降解2，4-二氯苯酚的效果。研究结果表明:DHNTs具有较大的比表面积、通透的管状结构和良好的生物相容性，DHNTs对漆酶具有较大的固定量，固定量达到168.79 mg/g，而且具有优良的热稳定性和储藏稳定性，储存30天之后，固定化漆酶的酶活保持原有酶活的91.39％;重复使用10次之后能保持70％左右的酶活。DHNTs固定化漆酶降解氯酚的速度很快，50mg/L的2，4-二氯苯酚1h后去除率达到44.09％，12h之后达到90％以上。因此多巴胺改性埃洛石纳米管可以用于漆酶固定化，并运用于氯酚废水的处理工艺中。
(2)以CTS-HNTs离子交联微球为载体固定漆酶并用于处理2，4-二氯苯酚废水的研究
通过离子交联作用制备CTS-HNTs离子交联微球，并通过扫描电镜、比表面积分析和红外等对载体进行表征，然后采用吸附法固定漆酶，并研究了固定化漆酶的酸碱稳定性、热稳定性、储藏稳定性、重复使用性，结果表明:微球结构规整，比表面积大，直径在12μm左右，以此为载体的固定化漆酶固定量为118.13 mg/g，且热稳定性和储藏稳定性良好。考察了CTS-HNTs离子交联微球固定化漆酶催化降解2，4-二氯苯酚的效果，去除率达到70％以上。因此CTS-HNTs离子交联微球可以作为酶固定化载体运用。
(3)以多巴胺改性埃洛石纳米管复合微球(DCHM)为载体固定漆酶并将其用于处理2，4-二氯苯酚废水的研究
利用多巴胺对CTS-HNTs微球改性，并通过扫描电镜、比表面积分析、红外和XPS分析等对载体进行表征，研究多巴胺的改性机理和改性前后的对比，并以此为载体固定漆酶，研究固定化漆酶的酸碱稳定性、热稳定性、储藏稳定性、重复使用性，然后考察了DCHM固定化漆酶催化降解2，4-二氯苯酚的效果。研究结果表明:DCHM具有直径20μm左右的稳定规整的球形结构，具有较大的比表面积(114.55 m2/g)和二级孔结构，DCHM具有比较大的酶固定量(308.07m2/g)，该固定化酶热稳定性、储藏稳定性和循环利用性良好，55℃条件下，加热280 min之后，固定化酶保持了最初酶活的81.48％，显著高于游离漆酶。应用于氯酚废水降解处理中时，2，4-二氯苯酚去除效果显著（8 h去除率大于80％）。因此，DCHM适于作为漆酶固定化载体进行废水处理的工业化应用。
综上所述，多巴胺改性埃洛石纳米管(HNTs)能够改善固定化酶的性能，而以埃洛石纳米管HNTs为结构单元组制备多巴胺改性多孔微球固定酶，酶的热稳定性、储藏稳定性和循环利用性等性能更为优良，固定化漆酶可以用于废水中氯酚的降解，具有较好的应用前景。
埃洛石纳米管;复合微球;固定酶;制备工艺;生物相容性
郑州大学
硕士
化学工艺
张冰
2013
中文
TB383
75
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）