介孔金属有机骨架复合材料固定化漆酶及应用

发布时间：2017-10-12 09:41

  本文关键词：介孔金属有机骨架复合材料固定化漆酶及应用

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【摘要】：漆酶(EC1.10.3.2,6.5nm×5.5nm×4.5nm)是一种含500个氨基酸的苯二酚还原酶。其分子量为64-140kDA,不同种类的漆酶分子量不同,在自然界中分布较广,很多菌类和植物都可以产生漆酶。由于漆酶对环境很敏感,其稳定性和重复使用性都较差,而固定化酶技术被认为是提高酶的稳定性和重复使用性的好方法。本文合成了两种带有羧酸基团的金属有机骨架(MOFs, Metal-organic-frameworks)介孔材料Cu-MOF和Zr-MOF,用物理吸附方法固定化酶；并制备了石墨烯气凝胶-介孔Zr-MOF的复合材料来固定化漆酶,用于水中对苯二酚的处理。主要研究结果如下：1)制作出不同模板剂与螯合剂配比的Cu-MOF材料,其Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积为365.6-1153.8m2/g,孔径为15.2-20.7nm,可以耐350℃C的高温。固定化漆酶时,漆酶浓度在5mg/mL,吸附1h的条件下为最佳,吸附量可达502.29+5.84mg/g,活力回收率为95.18+0.29%。固定化漆酶的最适反应pH为4.0,最适反应温度为50℃,其对温度和pH的适应能力都要强于游离酶。根据Linewaever-Burk图得到的Km为0.157mmol/L,低于游离酶的0.290 mmol/L,证明固定化酶对底物的亲和力比游离酶强；固定化酶重复使用7次后保留初始活力的50%,重复使用10次后酶活力只有初始值的6%,说明稳定性还需加强。2)为提高Cu-MOF的稳定性和重复使用性,采用类似方法制备了Zr-MOF。 Zr-MOF的BET比表面积为453.8m2/g,孔径为3.5nm和7nm,可以耐450℃C的高温。固定化漆酶时,漆酶吸附浓度在5mg/mL,吸附1h的条件下为最佳,吸附量为221.83+8.74mg/g,活性回收率为95.90±0.28%。固定化漆酶的最适pH为4.0,最适温度为40℃C,展现了更好的pH和温度的适用范围。Zr-MOF固定化酶的Km为0.166mmol/L,与Cu-MOF相似；固定化酶重复使用10次后,还能保持50%的初始活力,在水相中储存3周后还保留55.4%的初始活力,说明其稳定性较好。3)为提高操作便捷性,制作了一种石墨烯气凝胶-Zr-MOF的薄膜复合材料,并将漆酶固定其上,然后装于固相萃取装置中,用来去除水中的对苯二酚。这种复合材料继承了Zr-MOF的吸附性(73.84mg/g),对于不同流速的水样(0-3.5L/h)保持了很好的去除对苯二酚的能力(78.98%),重复使用5次后还有70%的去除能力,体现了这种复合材料固定化漆酶良好的应用性。
【关键词】：固定化酶 漆酶 金属有机骨架 石墨烯气凝胶 对苯二酚
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q814;O627
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 英文缩写语11-12
• 1. 文献综述12-22
• 1.1 介孔MOFs合成方法12-14
• 1.1.1 配体的延长12-13
• 1.1.2 MOFs节点13
• 1.1.3 混合配体13
• 1.1.4 表面活性剂模板法13-14
• 1.2 MOFs的应用14-15
• 1.2.1 气体储存14
• 1.2.2 催化剂14
• 1.2.3 吸附分离14
• 1.2.4 药物载体14-15
• 1.2.5 光学电学和磁学材料15
• 1.3 固定化酶15-17
• 1.3.1 传统固定化方法15-16
• 1.3.2 改性载体及新型载体固定化酶16-17
• 1.4 石墨烯气凝胶及其在去除环境污染物中的应用17-19
• 1.5 MOF和石墨烯气凝胶材料对水中污染物的处理19
• 1.6 本文的立题依据和研究内容19-22
• 1.6.1 立题依据19-20
• 1.6.2 研究内容20-22
• 2. 介孔Cu-MOF固定化漆酶的研究22-44
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验仪器及材料23
• 2.2.1 实验仪器23
• 2.2.2 实验材料23
• 2.3 实验方法23-27
• 2.3.1 介孔Cu-MOF的合成23-24
• 2.3.2 介孔Cu-MOF的表征24
• 2.3.3 介孔Cu-MOF固定化酶条件的吸附条件优化24-25
• 2.3.3.1 酶活性的测定方法24-25
• 2.3.3.2 介孔Cu-MOF固定化酶吸附浓度优化25
• 2.3.3.3 介孔Cu-MOF固定化酶吸附时间优化25
• 2.3.3.4 介孔Cu-MOF固定化酶吸附量25
• 2.3.4 固定化酶的酶学性质分析25-26
• 2.3.4.1 介孔Cu-MOF固定化酶反应最适pH25
• 2.3.4.2 介孔Cu-MOF固定化酶反应最适温度25-26
• 2.3.5 介孔Cu-MOF固定化酶稳定性测定26-27
• 2.3.5.1 介孔Cu-MOF固定化酶的pH稳定性26
• 2.3.5.2 介孔Cu-MOF固定化酶的温度稳定性26
• 2.3.5.3 介孔Cu-MOF固定化酶的重复使用性26
• 2.3.5.4 介孔Cu-MOF固定化酶的储存稳定性26-27
• 2.3.6 介孔Cu-MOF固定化酶的米氏常数(Km)测定27
• 2.4 结果与讨论27-42
• 2.4.1 Cu-MOF介孔材料的表征27-33
• 2.4.2 介孔Cu-MOF的吸附条件优化33-36
• 2.4.2.1 介孔Cu-MOF的吸附浓度优化33-35
• 2.4.2.2 介孔Cu-MOF的吸附时间优化35-36
• 2.4.3 介孔Cu-MOF固定化酶的最适反应条件36-38
• 2.4.3.1 介孔Cu-MOF固定化酶的最适pH36-37
• 2.4.3.2 介孔Cu-MOF固定化酶的最适反应温度37-38
• 2.4.4 介孔Cu-MOF固定化酶的稳定性38-41
• 2.4.4.1 介孔Cu-MOF固定化酶的pH稳定性38-39
• 2.4.4.2 介孔Cu-MOF固定化酶的温度稳定性39-40
• 2.4.4.3 介孔Cu-MOF固定化酶的重复使用性40-41
• 2.4.5 介孔Cu-MOF固定化酶的米氏常数(K_m)41-42
• 2.5 本章小结42-44
• 3. 介孔Zr-MOF固定化漆酶的研究44-62
• 3.1 引言44
• 3.2 实验仪器及材料44-45
• 3.2.1 实验仪器44
• 3.2.2 实验材料44-45
• 3.3 实验方法45-47
• 3.3.1 介孔Zr-MOF的合成45
• 3.3.2 介孔Zr-MOF的表征45
• 3.3.3 材料对酶的吸附特性45-46
• 3.3.3.1 漆酶活性的测定方法45
• 3.3.3.2 酶吸附浓度优化45-46
• 3.3.3.3 酶吸附时间优化46
• 3.3.3.4 酶的吸附量46
• 3.3.4 固定化酶后的酶学性质分析46-47
• 3.3.4.1 固定化酶反应最适p H46
• 3.3.4.2 固定化酶反应最适温度46
• 3.3.4.3 固定化酶对pH的稳定性46-47
• 3.3.4.4 固定化酶对温度的稳定性47
• 3.3.4.5 固定化酶的重复利用性47
• 3.3.4.6 储存稳定性47
• 3.3.5 介孔Zr-MOF固定化酶的米氏常数(Km)测定47
• 3.4 结果与讨论47-60
• 3.4.1 介孔Zr-MOF表征47-51
• 3.4.2 固定化酶吸附条件优化51-54
• 3.4.2.1 吸附浓度优化51-52
• 3.4.2.2 吸附时间的优化52-53
• 3.4.2.3 固定化酶的吸附量53-54
• 3.4.3 固定化酶最适反应条件54-56
• 3.4.3.1 最适反应pH54-55
• 3.4.3.2 最适反应温度55-56
• 3.4.4 固定化酶稳定性研究56-59
• 3.4.4.1 对pH的稳定性56-57
• 3.4.4.2 对温度的稳定性57-58
• 3.4.4.3 重复使用性研究58-59
• 3.4.5 介孔Zr-MOF的米氏常数(K_m)的测定59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 4. 以石墨烯气凝胶作为载体的介孔MOFs复合材料的固定化酶对水样的处理62-74
• 4.1 引言62
• 4.2 实验仪器及材料62-63
• 4.2.1 实验仪器62-63
• 4.2.2 实验材料63
• 4.3 实验方法63-66
• 4.3.1 石墨烯气凝胶-Zr-MOF复合材料制备63-64
• 4.3.1.1 氧化石墨烯制备63
• 4.3.1.2 石墨烯气凝胶-介孔MOF材料制备63-64
• 4.3.2 石墨烯气凝胶-MMU的表征64
• 4.3.3 石墨烯气凝胶-MMU的吸附量64
• 4.3.4 游离酶对对苯二酚的去除率64
• 4.3.5 石墨烯气凝胶-MMU固定化酶对对苯二酚静态去除率64-65
• 4.3.6 石墨烯-MOF固定化酶对对苯二酚的通过膜的流速研究65
• 4.3.7 重复使用性65-66
• 4.4 结果与讨论66-73
• 4.4.1 石墨烯气凝胶-MMU复合材料的表征66-69
• 4.4.2 石墨烯气凝胶-MMU复合材料的吸附性69-70
• 4.4.3 石墨烯气凝胶-MMU复合材料对对苯二酚的去除效果70-72
• 4.4.4 石墨烯气凝胶-MMU复合材料对对苯二酚的重复使用性72-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5. 总结与展望74-76
• 5.1 主要结论74
• 5.2 创新点74-75
• 5.3 今后工作建议75-76
• 参考文献76-86
• 个人简介86-88
• 导师简介88-90
• 致谢90-92
• 附录Ⅰ各图表中数据92-100

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本文编号：1018009