整体型大孔-介孔SiO2的制备及在固定化脂肪酶中的应用

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游离酶易受环境影响变性失活、稳定性差、难以回收重复利用,固定化酶不仅酶活性高、稳定性好,而且载体易回收重复使用。目前,将各种纳米材料用于固定化酶是该领域的研究热点,但是纳米材料易团聚或难以回收重复利用限制了其实际应用。整体型的多级孔材料不仅具有大的比表面积,孔道结构多样可调,而且宏观尺寸的材料易于回收利用,可以显著提高酶分子的固载率、催化活性和可重复使用性,用这类材料固定化酶将具有良好的应用前景。本论文致力于制备整体型的多级孔二氧化硅材料,并研究其在固定化脂肪酶中的应用。以环氧树脂大孔聚合物为模板制备具有高孔隙率、高比表面积、多级孔道的整体型的二氧化硅材料固定化脂肪酶,用于1-苯乙醇的手性拆分:1.以环氧树脂大孔聚合物为整体型模板制备出毫米级大孔-介孔SiO2(MMS),使用硅烷偶联剂(KH560)进行修饰,制备得到环氧基功能化修饰的二氧化硅材料(EMMS)用以固定化荧光假单胞菌脂肪酶。研究表明,该材料同大孔-介孔SiO2材料具有一样的三维连续贯通的大孔孔道结构和高的比表面积。在优化条件下,固定化酶(PFL@EMMS)酶活达到3750.2 U/g,酶活回收率为218%。与游离酶相比,固定化酶展现出良好的稳定性,重复使用九次以后相对酶活剩余42.3%。2.以环氧树脂大孔聚合物为整体型大孔模板,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔致孔剂,通过钛硅酸盐前驱物与CTAB胶束的自组装体在氢键相互作用和静电吸引作用下沿环氧树脂大孔聚合物支撑柱表面的可控生长,制备出由微孔-介孔超薄纳米薄膜构筑的整体型钛硅材料(MNCMM-TiSi)用以固定化脂肪酶。结果表明,在优化条件下,PFL@MNCMM-TiSi得酶活达到3990.3U/g,酶活回收率为246%。固定化脂肪酶的稳定性明显改善,储存60天后剩余酶活达到68.3%。3.以EMMS固定化的脂肪酶(PFL@EMMS)作为手性催化剂对1-苯乙醇进行手性拆分,考察了反应时间、催化剂用量、水活度、溶剂和(R,S)-1-苯乙醇与酰基供体摩尔比对拆分效果的影响。研究发现以正己烷为溶剂、加入催化剂质量0.15 g(10mL反应液)、1-苯乙醇与乙酸乙烯酯摩尔比为1:3、使用水合盐对CuSO4·5/3调节体系水活度,50℃反应48 h后,转化率达到51.2%,对映选择性E>200。4.以MNCMM-TiSi固定化的脂肪酶(PFL@MNCMM-TiSi)作为催化剂手性拆分(R,S)-1-苯乙醇。结果表明,以环己烷为溶剂、加入固定化酶0.20 g(10mL反应液)、使用水合盐对CuSO4·5/3调节体系水活度、反应物摩尔比为1:4,50℃反应48h后,该催化反应的转化率C为49.8%,eep值达到98.5%,对映选择性E值>200。
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