基于織物的溶膠-凝膠法固定酶技術(shù)的研究.pdf

1、溶膠—凝膠技術(shù)是金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而形成氧化物或其它化合物固體的一種技術(shù)，已逐漸成為紡織品功能改性的有效方法。作為一種新型的紡織品功能整理技術(shù)，溶膠—凝膠對紡織品功能改性的研究主要集中在對溶膠組分以及整理工藝的探討。紡織品底物是影響溶膠—凝膠涂層整理化學(xué)穩(wěn)定性的一個重要因素，進而將影響著以紡織品為底物固定化酶的反復(fù)使用性能。因此對紡織品底物與溶膠—凝膠涂層相互作用的研究是個重要的課題。紡織品上的酶

2、固定化方法主要包括纖維化學(xué)改性和物理吸附法，這些方法在改善固定化酶性能的同時，也存在一定的缺陷。溶膠—凝膠技術(shù)不僅可以對紡織品進行有效的功能改性，還可以包埋酶等生物活性物質(zhì)，將溶膠—凝膠法與紡織品為載體的酶固定化結(jié)合，是對紡織品的酶固定化領(lǐng)域所作的一次探索。 本論文正是圍繞溶膠—凝膠與紡織品相互作用及在紡織品上的酶固定化的應(yīng)用展開研究。研究目標(biāo)具體為：確定以溶膠—凝膠處理前后織物的增重率為評價指標(biāo)，通過該指標(biāo)正確反映纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)

3、和表面形貌與凝膠涂層的相互作用；并在此基礎(chǔ)上，確定溶膠—凝膠涂層在不同紡織品的化學(xué)穩(wěn)定性能；以織物為載體，以木瓜蛋白酶為模式酶，根據(jù)SEM、EDS等表征結(jié)果，確定溶膠—凝膠技術(shù)在酶固定化應(yīng)用的可行性，實現(xiàn)固定化酶穩(wěn)定性能的提高，并具有一定的可重復(fù)使用性能；設(shè)計并制作新型以紡織品為載體的固定化酶反應(yīng)器，達到對殼聚糖具有一定水解作用的目的。 為了實現(xiàn)以上目標(biāo)，論文的第一部分工作選擇硅酸乙酯為水解前驅(qū)體，水為溶劑，極微量的鹽酸作為催化

4、劑，制備了無醇體系的硅溶膠，研究水與硅酸乙酯摩爾比、反應(yīng)溫度以及電解質(zhì)溶液對溶膠性能的影響。結(jié)果表明：控制反應(yīng)物中水的用量以及反應(yīng)溫度，可以改變?nèi)苣z的水解速率和聚集速率，使膠凝化時間發(fā)生變化。溶膠體系中加入一定量的電解質(zhì)溶液Na2HPO4，改變了溶膠的pH，膠凝時間縮短，由6天減少到2小時以內(nèi)。 以第一部分制備的溶膠體系為基礎(chǔ)，本論文第二部分接著研究了棉、麻、尼龍和滌綸與溶膠．凝膠涂層之間的相互作用。在這一研究過程中，首先通過直

5、接稱重法，從宏觀角度測試凝膠固載量的變化；然后，將整理后織物放置在不同緩沖溶液中，測試凝膠脫附率，分析織物表面硅凝膠涂層化學(xué)穩(wěn)定性能；最后，通過Brunauer—Emmct—Teller(BET)比表面積、傅立葉紅外全反射(FTIT—ATR)、X—射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和 X—射線衍射(XRD)等測試手段表征并分析變化的原因。結(jié)果表明：硅溶膠主要是通過偶極—偶極以及氫鍵作用在織物載體上形成涂層，滌綸織物凝膠吸

6、附量最高。棉和麻織物中的纖維素羥基與硅氧烷之間形成了一定數(shù)量的Si—O—C共價鍵，纖維素織物上的硅凝膠化學(xué)穩(wěn)定性最好，浸泡在pH9.6的氫氧化鈉—硼酸緩沖溶液中4h，織物上凝膠殘余率超過50％，而滌綸和尼龍織物上凝膠殘余率不足10％。涂層整理使織物表面變得粗糙，表面積增大。溶膠—凝膠處理對織物的微觀結(jié)構(gòu)沒有影響。硅在處理后的織物表面以SiO2的狀態(tài)存在。 論文的第三部分工作圍繞著溶膠—凝膠技術(shù)在棉織物載體上的木瓜蛋白酶固定化而展

7、開。根據(jù)SEM和EDS對酶固定化前后棉織物的形貌表征和元素成分分析，木瓜蛋白酶通過溶膠—凝膠技術(shù)較好的固定在織物上。固定化木瓜蛋白酶的pH穩(wěn)定范圍變寬，最優(yōu)pH值向堿邊移動。木瓜蛋白酶通過溶膠—凝膠技術(shù)固定在織物后，具有可重復(fù)使用性能，在參與連續(xù)水解酪素反應(yīng)6次后，殘存活力仍超過30％的最大活力。 固定化酶應(yīng)用的一個典型例子就是酶反應(yīng)器，國內(nèi)在以織物為載體，固定化木瓜蛋白酶反應(yīng)器的加工以及應(yīng)用方面報道甚少。因此，本論文在接下來的

8、進一步研究中，自行設(shè)計并制作了簡單、實用的織物固定化木瓜蛋白酶反應(yīng)器，具有普適性。木瓜蛋白酶反應(yīng)器對殼聚糖具有一定的水解作用，在連續(xù)使用4次后，殼聚糖的水解粘度下降率為3.57％。 本課題關(guān)于紡織品與溶膠—凝膠涂層相互作用的研究結(jié)果，為溶膠—凝膠在紡織工業(yè)領(lǐng)域的進一步應(yīng)用提供參考和借鑒。同時溶膠—凝膠技術(shù)在紡織品木瓜蛋白酶固定化的成功應(yīng)用，不僅為紡織品固定化酶性能的改善和提高帶來更大的發(fā)展空間，而且將有助于為這一領(lǐng)域的工作者提供