埃洛石納米管表面改性及其固定漆酶性能研究.pdf

1、儲量豐富、綠色環(huán)保的埃洛石納米管(HNTs)具有特殊的管狀結構、良好的生物相容性和穩(wěn)定的物化性能，因此在生物酶固定化領域頗具應用潛力。HNTs在染料吸附、相變材料、生物傳感、藥物緩釋和復合材料制備等方面的研究已經(jīng)比較深入，但是在酶固定化領域的系統(tǒng)研究還不夠完善。國內(nèi)外的研究者普遍關注HNTs空腔結構(Lumen)吸附固定酶，但Lumen的空間有限且HNTs容易發(fā)生團聚，導致固定過程中傳質阻力增大、游離酶的固定量偏低。鑒于此，本文著重圍繞

2、改善埃洛石納米管的分散性及提高固定酶的負載量展開，首先采用兩種方法對HNTs的外表面改性，分別制備表面帶有缺陷、活性點位增多的埃洛石納米管(RHNTs)和表面荷正電、電荷密度增大的埃洛石納米管(PHNTs)，進而研究這些載體的固定酶性能。為拓寬生物酶的工業(yè)化應用，有利于固定酶的回收和批次使用，本文制備了微米級的多孔埃洛石復合微球和毫米級的多孔埃洛石復合顆粒。微球或顆粒內(nèi)部HNTs的層狀結構和聚合物的孔道網(wǎng)絡結構并存，為酶蛋白分子提供傳質

3、通道和結合位點，同時為后續(xù)酶促反應提供良好的固態(tài)緩沖保護。
　　本文選取漆酶作為酶固定的研究對象，具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)RHNTs的制備及固定酶性能研究：HNTs光滑外表面，粘附力弱，晶面缺陷較少，與氨基殘基作用的點位較少。受高溫活化和選擇性腐蝕的啟發(fā)，首次探索NaNO3/Na2CO3熔鹽體系對納米管表面的固態(tài)改性。熔融狀態(tài)下的Na2CO3腐蝕硅氧片層中的二氧化硅，通過調控HNTs:NaNO3:Na2CO3的比例可實

4、現(xiàn)對HNTs外表面的可控腐蝕改性，成功制備有機物含量降低、表面粗糙、活性位點較多的埃洛石納米管RHNTs。研究結果表明 RHNTs保持完整管狀結構，管壁粗糙且分散性明顯改善，說明表面基團和活性位點都有不同程度的增加。RHNTs的漆酶固定量為37.55 mg/g，高于HNTs的固定量21.46 mg/g；對比游離漆酶，RHNTs固定酶在pH耐受、溫度耐受、熱穩(wěn)定性方面都略有改善。說明HNTs表面基團及粗糙程度的改變，有利于提高酶固定量和改

5、善固定酶穩(wěn)定性。
　　(2)PHNTs的制備及固定酶性能研究：聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)是一種環(huán)境友好型的陽離子聚電解質，與 HNTs之間存在靜電引力。通過改變PDDA的濃度和反應時間，制備表面荷正電、電荷密度增大的PHNTs。研究結果顯示PDDA通過靜電引力已經(jīng)成功覆蓋在HNTs表面，形成均勻沉積的PDDA納米膜。將PHNTs用于漆酶的固定化發(fā)現(xiàn)，PHNTs的漆酶固定量為41.28 mg/g，酶活收率為82.67％。對比

6、游離漆酶，PHNTs固定酶在pH耐受、溫度耐受、尤其是熱穩(wěn)定性方面均有明顯改善。以ABTS為底物的重復利用性研究中，循環(huán)10次后，固定化漆酶的活性保持在初始活性的一半以上。在處理2,4-DCP廢水實驗中，PHNTs固定酶能夠在6 h內(nèi)降解81.66%的污染物。研究結果表明PDDA改性后載體表面粘附性增大，正電荷密度變大，活性基團增多，為游離酶的固定提供足夠多的結合點位和較高的電荷密度，以之為載體的固定酶也在重復利用性方面有良好的表現(xiàn)。<

7、br>　　(3)多巴胺仿生復合微球的制備及固定酶性能研究：以埃洛石納米管和殼聚糖為原材料，油酸液滴為軟模板，通過靜電自組裝搭接具有3D架構的復合微球。接著用乙醇洗去軟模板，利用多巴胺的自聚合作用加固微球結構及改善熱穩(wěn)定性。結果表明復合微球具有較大比表面積(114.6 m2/g)，表面成功接枝鄰醌、鄰苯二酚和氨基基團，以之為載體固定酶活性較高且在載體中均勻分布。該微球的漆酶固定量高達311.2 mg/g，遠遠超過同類文獻報道的固定量。復合

8、微球固定酶的熱穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性和循環(huán)利用性也得到顯著改善，固定酶貯存50天后仍能保留75%的初始酶活。在2,4-DCP廢水降解實驗中，1h去除率即可達到62%，能夠實現(xiàn)對有機污染物的快速有效降解。因此多巴胺仿生復合微球適合用于酶固定化，良好的操作穩(wěn)定性和重復利用性也表明該微球在工業(yè)應用中頗具潛力。
　　(4)聚乙烯醇復合顆粒的制備及固定酶性能研究：聚乙烯醇(PVA)具有其均勻有序的孔結構和良好的生物相容性，常被用作酶固定化載體。

9、PVA分子內(nèi)富含羥基，可與游離氨基形成氫鍵實現(xiàn)游離酶的固定化。但PVA的熱穩(wěn)定性較差，摻雜適量HNTs可以改善復合材料的機械強度和熱穩(wěn)定性。研究結果表明HNTs在PVA的結構導向作用下，沿著聚合物的網(wǎng)絡有序排列，形成具有開放孔道結構、微米孔和納米孔共存的復合顆粒。將PVA/HNTs用于漆酶的固定化發(fā)現(xiàn)，復合顆粒固定漆酶的固定量237.02 mg/g遠遠高于原始HNTs的21.46 mg/g。PVA/HNTs復合顆粒的 pH耐受性、溫度耐