PEG和P123復(fù)合模板下氨丙基改性介孔SiO2的制備及載酶性能研究.pdf

1、介孔材料因其有序的孔道結(jié)構(gòu),較大的比表面積和孔體積,在催化、分離、吸附和功能化等領(lǐng)域中有潛在的應(yīng)用。近年來(lái),使用非離子表面活性劑作模板制備具有可控形態(tài)的納米介孔粒子,已成為研究熱點(diǎn)。特別是非離子表面活性劑聚乙二醇(PEG),因其擁有多種不同的分子量和低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn),常被用作模板劑合成介孔材料。本文以非離子表面活性劑PEG和三嵌段共聚物(P123)為復(fù)合模板劑,正硅酸乙酯(TEOS)為硅源,在100℃下使用水熱合成法制備了短棒狀高度有序

2、的介孔SiO2材料(SRSMS)。并使用硅烷偶聯(lián)劑3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)其進(jìn)行后接枝改性,制備出氨丙基接枝改性介孔SiO2材料NH-SRSMS。在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,考察了不同濃度和不同分子量的PEG模板劑對(duì)合成材料的晶面間距、材料形貌和孔結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)能量分散X-射線(xiàn)光譜(EDS)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、硅-29固體核磁(29Si NMR)、碳-13固體核磁(13C NMR)、元素分析(EA)、小角X射線(xiàn)衍射

3、(SAXRD)、氮?dú)馕?脫附等溫曲線(xiàn)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)等檢測(cè)手段對(duì)該材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明所合成的介孔材料為短棒狀形貌并具有高度有序的六方狀介孔結(jié)構(gòu)。在相同的反應(yīng)條件下,該合成材料的晶面間距、晶胞參數(shù)、比表面積、孔體積和壁厚均隨著PEG分子量的增加,呈現(xiàn)不斷增大的趨勢(shì),但孔徑基本保持不變;而隨著PEG濃度的增加,材料的晶面間距、晶胞參數(shù)和孔徑均不斷的增加。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步討論了氨丙基改性后對(duì)材料的影響,

4、并通過(guò)EDS、FT-IR、29Si NMR、13C NMR、元素分析、SAXRD、氮?dú)馕?脫附等溫曲線(xiàn)、SEM以及TEM等檢測(cè)手段對(duì)氨丙基接枝改性的材料進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示APTES的氨丙基基團(tuán)已成功接枝到介孔SiO2材料的孔道內(nèi),通過(guò)元素分析中C元素和N元素含量的變化可得出約有97％的APTES被接枝到介孔SiO2內(nèi),同樣的通過(guò)H元素含量變化可得出介孔SiO2表面約有71％的硅羥基被接枝改性。氨丙基接枝改性后介孔SiO2材料的形貌特

5、征與孔結(jié)構(gòu)均未發(fā)生改變,而晶面間距、晶胞參數(shù)和壁厚均有所增加,比表面積、孔體積和孔徑均出現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì)。
　　以不同濃度和不同分子量PEG模板制備的一系列高度有序的介孔SiO2材料SRSMS和氨丙基改性后的介孔SiO2材料NH-SRSMS為載體,使用物理吸附法實(shí)現(xiàn)豬胰脂肪酶(PPL)的固定化。對(duì)不同分子量與不同濃度PEG所合成載體的固定化PPL對(duì)三乙酸甘油酯的水解催化活性進(jìn)行了研究,并對(duì)氨丙基改性前后的載體對(duì)PPL的固定量和對(duì)三

6、乙酸甘油酯水解的催化活性、熱穩(wěn)定性、重復(fù)利用性進(jìn)行了考察。通過(guò)FT-IR和氮?dú)馕?脫附等溫曲線(xiàn)表征分析,結(jié)果表明PPL的進(jìn)入并沒(méi)有破壞該材料的孔道結(jié)構(gòu)。通過(guò)元素分析中C元素和N元素的變化,我們可以計(jì)算出氨丙基接枝改性后的載體可進(jìn)入59％的PPL,而未氨丙基接枝處理的載體僅引入26％的PPL。通過(guò)不同載體固定化PPL催化水解數(shù)據(jù)可得出PEG與P123摩爾比為0.512、分子量6000的PEG模板劑所合成載體固定PPL的催化活性最高,且為

7、最優(yōu)的載體。與游離的PPL相比較,所制備的固定化PPL有相對(duì)較高的耐堿性和耐高溫性,且不易結(jié)塊,可重復(fù)利用。氨丙基改性后材料的表現(xiàn)出較大的PPL固定量,特別是氨丙基接枝后載體固定化PPL的最高催化活性為443 U g–1,而接枝前載體固定化PPL的催化活性?xún)H為238 U g–1,較前者減少了一半。氨丙基接枝改性的SRSMS介孔材料固定化后的PPL最適pH和反應(yīng)溫度范圍較寬,特別是催化活性也有顯著的增加;與氨丙基接枝改性前載體相比,以氨丙