多孔硅表面修饰改性及其在海藻糖合成酶固定和正丁醇分离方面的应用
硅材料由于具有很好的生物亲和性，并且作为无机材料的一种，硅材料能够很容易的被修饰、改性以及功能化。同时，修饰改性的操作过程相对来说比较简单。硅材料具有很好的孔道结构，具有微孔、介孔以及大孔等不同的孔道分布;硅材料具有大的比表面积，较好的的尺寸分布以及比较好的机械强度。硅基材料表面很容易活化出大量的硅羟基，这为后续的一系列化学修饰提供了可能。所以说硅材料具有非常好的应用前景。 正丁醇由于具有很好的工业化价值，不仅在生化领域有很好的应用，并且作为一种潜在的替代能源引起了越来越多人的关注。课题组通过重组大肠杆菌并且发酵生产了高温稳定性(50℃)的海藻糖合成酶。为了实现海藻糖的连续生产以及提高海藻糖合成酶的稳定性，采用固定化酶的工艺，通过共价偶联的方式，在提高海藻糖合成酶稳定性的同时，实现海藻糖的生产。这里选用硅材料来帮助实现海藻糖合成酶的固定化以及丁醇的分离。主要研究成果如下: 使用吸附工艺实现对正丁醇的分离，所以在分离过程中吸附剂的选择是至关重要的。选取商业化的多孔硅Silicalite-1，通过对Silicalite-1进行功能改性，来增加吸附剂对正丁醇的吸附效果。先后使用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷以及3-氨丙基三甲氧基硅烷对Silicalite-1进行修饰，成功的在Silicalite-1表面构建了一层亲水/疏水结构。疏水层的存在，减少了材料对溶剂水的吸附，从而增大了材料对溶质的吸附潜能;同时，因为对材料进行疏水修饰，导致材料在水中的分散性降低，所以在材料经过疏水修饰之后，继续对材料进行亲水修饰，改善疏水材料在水中的分散能力。亲水/疏水层的存在并没有影响材料对丁醇吸附速率，同时改性材料具有很好的热稳定性。在亲水/疏水Silicalite-1对正丁醇模拟发酵液的吸附实验中发现，改性Silicalite-1材料对正丁醇的吸附量相较于为修饰改性的Silicalite-1增加了50％。这种修饰改性方法非常适用于对水-有机溶剂的分离中。 首先采用商业购买的Silicalite-1硅沸石作为载体，采用环氧基团对Silicalite-1表面进行修饰改性，然后使用改性后的载体对海藻糖合成酶进行固定。随后，使用固定化酶对麦芽糖溶液进行催化转化，有效重复利用次数达到了5次;采用十六烷基三甲基氯化铵为模板剂，以四乙氧基硅烷以及3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷为硅源，制备了具有纳米尺寸的载体，对海藻糖合成酶进行固定。固定化酶对200g/L的麦芽糖溶液进行催化，重复利用10次之后，催化效果仍然保持了80％以上。 本文主要是对硅材料进行功能化，来实现高性能的生物分离以及生物催化反应。
硅材料;化学修饰;海藻糖;合成酶固定;正丁醇分离
北京化工大学
硕士
轻工技术与工程
袁其朋
2017
中文
TB321
74
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）