论文部分内容阅读
本课题以凹土为原料,FeCl3·6H2O为无机柱撑液,经醋酸蒸气熏蒸及煅烧处理,醋酸铁热解形成磁性γ-Fe2O3粒子负载于凹土表面,制备了具有超顺磁性的凹土基复合材料。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、N2吸附-脱附(BET)等手段对磁性凹土基复合材料进行表征,分析结果表明:黑色球状磁性粒子γ-Fe2O3均匀分布在凹土表面,粒子直径为4-15 nm,平均粒径10 nm;凹土经过无机柱撑后,其晶体结构未发生变化;磁性凹土基复合材料饱和磁强度为13.4 emu/g,剩磁和矫顽力几乎为零,即该复合材料具有超顺磁性;复合材料比表面积为102.63 m2/g,平均孔径为10.86 nm,优异的吸附性能使其可以用于吸附固定化脂肪酶。 以磁性凹土基复合材料为载体,进行吸附固定化假丝酵母脂肪酶,并对固定化过程进行了优化,同时对固定化酶的磁性、热稳定性、酸碱稳定性、储存稳定性及重复利用性等性质进行了研究。结果表明:在固定化时间为4h、固定化体系pH为7.0、温度为25℃时制得的固定化脂肪酶酶活最高。VSM结果显示,负载了脂肪酶的磁性凹土基复合材料仍具有超顺磁性,饱和磁强度为11.3emu/g。固定化脂肪酶在50℃缓冲溶液中放置7h后保持了63.2%的初始酶活;固定化酶对酸碱的抵抗能力和承受范围明显优于游离脂肪酶,在pH=5.0-9.0的溶液中放置4h保持初始酶活的55.1%%以上;固定化酶重复使用8次后仍保持初始酶活的58.6%。 研究了磁性凹土基复合材料固定化脂肪酶催化对硝基苄醇和氯乙酸制备氯乙酸对硝基苄酯的过程,并对酶法合成工艺进行优化。确定最佳反应条件为:甲苯作溶剂,对硝基苄醇与氯乙酸摩尔比1∶2,对硝基苄醇浓度5 g/L,固定化脂肪酶浓度为4 g/L,反应温度50℃,反应10h,氯乙酸对硝基苄酯最高收率为85.7%。氯乙酸对硝基苄酯的结构组成通过FT-IR和1H NMR进行了表征和确认。 采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷对磁性凹土基复合材料进行有机改性,使其表面氨基功能化,进而用于交联固定化脂肪酶。通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、热失重分析(TGA)等手段对改性前后磁性凹土基复合材料进行分析,结果表明:γ-氨丙基三乙氧基硅烷成功接枝于磁性凹土基复合材料表面。凹土经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性后,仍保持原有的完好晶形。磁性粒子γ-Fe2O3仍均匀分布在凹土表面;氨基化磁性凹土基复合材料饱和磁强度为10.7 emu/g。 以氨基化磁性凹土基复合材料,戊二醛为交联剂,进行固定化假丝酵母脂肪酶研究。结果表明:在25℃,以浓度0.5%的戊二醛为交联剂、固定化时间为3h、固定化体系pH为7.0,得到的固定化脂肪酶酶活最高。相比于游离脂肪酶,固定化脂肪酶的热稳定性和pH稳定性显著提升,在45℃缓冲溶液中放置24 h后,固定化脂肪酶酶活为初始酶活的65.7%;在55℃缓冲溶液中放置相同时间后,固定脂肪酶仍然保持49.1%以上的活力;在较宽的pH范围内维持了较高的酶活。交联脂肪酶后的氨基化磁性凹土基复合材料饱和磁强度为7.8emu/g。固定化脂肪酶的重复使用性能较好,重复用于水解反应8次后仍保持约78%的活力。米氏常数是游离脂肪酶的1.28倍。 以氨基化磁性凹土基复合材料固定化脂肪酶为催化剂,在非水介质中直接催化丙二酸和对硝基苄醇合成了丙二酸单对硝基苄酯,并对酶法合成反应条件进行了优化。确定最佳反应条件为:20mL以甲苯为介质的反应体系中,固定化脂肪酶浓度为3.0 g/L,对硝基苄醇浓度为4.0 g/L,对硝基苄醇与丙二酸摩尔比为4∶5,反应温度为50℃,反应时间为8h,丙二酸单对硝基苄酯收率达到最大值87.3%。丙二酸单对硝基苄酯的结构组成通过FT-IR和1H NMR进行了表征和确认。 研究了超声对固定化脂肪酶催化酯化反应的影响,对超声作用下非水相酶促合成丙二酸单对硝基苄酯反应条件进行了优化。结果表明:在频率为20 kHz,声强为0.6 W/m2的超声作用下反应6h,反应温度为35℃,加酶量为2g/L,产物丙二酸单对硝基苄酯最大收率为94.3%。即低强度的超声对酶促酯化反应有促进作用,有效提升了反应速率,缩短反应时间,提高产物收率,降低反应成本。