碳酸酐酶在聚合物微孔膜表面的固定化

发布时间：2017-09-09 11:40

  本文关键词：碳酸酐酶在聚合物微孔膜表面的固定化

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【摘要】：近年来,碳酸酐酶(CA)在CO_2捕集领域的应用受到人们的关注,然而,由于价格昂贵,游离酶在使用时活性易受到多种环境因素的影响,稳定性较低且不易回收,因此有必要对其进行固定化。本文分别以聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜和聚乙烯(PE)中空纤维膜为载体,采用共价结合的方式固定化CA;以乙酸对硝基苯酯(p-NPA)水解法测定酶活,对固定化条件进行了优化;考察了固定化酶的储存稳定性;并通过测定CaCO_3的生成速率,研究了固定化CA对CO_2吸收的促进作用。以PVDF平板膜为载体,用等离子体活化技术在载体表面引入羟基,再用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)接枝改性,最后利用戊二醛(GA)将CA固载在膜表面。结果表明,PVDF膜表面的接枝率和氨基密度先随着KH550浓度增加而增大,然后分别在KH550浓度为12.16 wt%和6.67 wt%时达到饱和。最优的固定化条件为:氨基密度为6.048×10-8 mol/cm2,酶浓度为0.8 mg/m L,GA浓度为0.2 wt%,p H 7.5条件下固载20 h,酶活回收率为60.12%。以带羟基的PVDF平板膜为载体,用γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)偶联后,将CA固载在膜表面。结果表明,接枝率和表面环氧基密度先随着KH560浓度增加而增大,然后分别在KH560浓度为10.01 wt%和6.26 wt%时达到饱和。最优的固定化条件为:环氧基密度为4.48×10-7 mol/cm2(1.06×10-3 mol/100g),酶浓度为1.0 mg/m L,pH 8.0,固载时间为12 h,酶活回收率为33.02%。以PE中空纤维膜为载体,用紫外光接枝法在膜表面接枝丙烯酸(AA),然后在碳二亚胺活化剂作用下固定化CA。最优固定化条件为:接枝率为9.51%,活化剂浓度0.075 g/m L,酶浓度为0.8 mg/m L,pH 7.5,固载时间为22 h,反应温度为45℃。固载量可达18.9 mg/g,酶活回收率为11.78%。比较以上三种方法固定化CA在磷酸盐缓冲液中的储存稳定性,4℃时三种固定化酶的半衰期依次为82、78、75天,游离酶为32天;25℃时固定化酶的半衰期依次为50、37、35天,游离酶为20天。将三种固定化酶用于CO_2吸收实验,CaCO_3生成速率分别为游离酶的76%、65%和57%,为不加CA时的6、2.5和1.67倍。
【关键词】：碳酸酐酶 固定化 聚偏氟乙烯 聚乙烯 CO_2吸收
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q814.2;O631
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 碳酸酐酶固定化的研究进展9-25
• 1.1.1 吸附法9-12
• 1.1.2 包埋法12-13
• 1.1.3 共价法13-19
• 1.1.4 交联法19-25
• 1.2 本课题的意义及研究内容25-27
• 1.2.1 研究意义25-26
• 1.2.2 研究内容26-27
• 第二章 聚偏氟乙烯膜表面等离子体改性固定化碳酸酐酶27-44
• 2.1 试剂与仪器27-28
• 2.1.1 试剂和材料27-28
• 2.1.2 仪器设备28
• 2.2 实验部分28-32
• 2.2.1 PVDF膜表面水等离子改性28-29
• 2.2.2 PVDF膜表面接枝硅烷偶联剂29
• 2.2.3 膜表征29-30
• 2.2.4 CA固定化和活力测定30-32
• 2.2.5 CO_2吸收实验32
• 2.3 结果与讨论32-43
• 2.3.1 PVDF平板膜表面改性及表征32-35
• 2.3.2 PVDF-KH550膜固定化CA的工艺条件优化35-38
• 2.3.3 PVDF-KH560膜固定化CA的工艺条件优化38-42
• 2.3.4 CA对CO_2吸收的影响42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 聚乙烯膜紫外光接枝改性固定化碳酸酐酶44-53
• 3.1 试剂与仪器44-45
• 3.1.1 试剂和材料44-45
• 3.1.2 仪器设备45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.2.1 PE中空纤维膜的接枝改性45
• 3.2.2 CA固定化和活力测定45-46
• 3.3 结果与讨论46-52
• 3.3.1 接枝率对固定化CA的影响46-47
• 3.3.2 活化剂浓度对固定化CA的影响47
• 3.3.3 CA浓度对固定化CA的影响47-48
• 3.3.4 pH值对固定化的影响48-49
• 3.3.5 反应时间对固定化CA的影响49
• 3.3.6 反应温度对固定化CA的影响49-50
• 3.3.7 PE中空纤维膜固定化CA的储存稳定性50-51
• 3.3.8 CA对CO_2吸收的影响51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-62
• 硕士期间发表论文情况62-63
• 致谢63

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本文编号：820237