自第一次工业革命以来,为了满足人们不断增长的需求,越来越多的催化剂被设计出来并运用于催化反应,从而生产出具有不同功能和用途的高附加值产品。然而,催化剂的运用在提高生产效率的同时也导致了越来越多的环保问题,尤其是含有重金属元素的催化剂。如今,随着全民环境保护意识的增强,减少和消除催化剂设计金属成分的不良影响成为较为紧迫的的任务。为了实现“绿色”催化这个目标的重要策略之一就是生物酶催化剂的使用。相比于传统的化学催化剂,生物酶催化剂本身的特点具有很多优势。首先,生物酶具有很高的催化效率；而且生物酶催化的反应一般反应条件温和,对反应温度、压力以及pH环境要求不高,尤其是对于那些在传统化学催化剂下只能在极端的反应条件下才能进行的反应。“环境友好”的生物酶已被广泛应用于各种有机合成反应中来,如：酯交换反应、水解、酯化、酰胺化、聚酯的合成,氧化还原反应,甲基等基团的转移反应。在本文中,将酶促反应的范围进一步扩展,分别为：催化碳酸乙烯酯(EC)与甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)以及催化碳酸乙烯酯(EC)与正丁胺合成1,3-二取代脲。生物酶催化剂相对昂贵的价格促使人们开始关注其回收利用性,从而使酶促反应更具工业应用价值。然而,优良的回收利用需要优越的稳定性做保障。因此,通过生物酶的固定化来提高其稳定是一个合适、有效的方法。然而,虽然目前有数量众多的酶固定化方法,但是探索能够提高酶稳定性的方法依然是一个令人兴奋的研究目标。作为工业催化剂,理想的固定化过程应该能够尽量减少有毒或对环境有害的有机试剂的使用,并且过程非常简单且能够提高生物酶活性,更重要的是提高催化剂的分离效率。我们的研究兴趣主要集中在固定化载体(包括磁性载体)的合成及其在DMC与1,3-二取代脲的合成中的应用研究,本论文可分为六个部分：第一章：综述了游离酶与固定化酶的概念、起源、性质以及发展情况。系统分析了不同的固定化酶方法,尤其是针对磁性载体。第二章：首次将生物酶催化剂引入到碳酸乙烯酯与甲醇酯交换合成碳酸二甲酯的反应中来。即使是在低温和常压条件下,扩展青霉脂肪酶(PEL)催化碳酸乙烯酯与甲醇的酯交换反应中也表现出了良好的催化活性。通过对反应条件的优化,当反应温度为60℃,反应时间为96h,加入的PEL为4.45%(与EC的重量比),EC／甲醇的摩尔比为1：16时,EC的转化率达到90%,DMC的产率也能够达到87%。第三章：将扩展青霉脂肪酶通过包埋法固定在了天然高分子材料中。选择羧甲基纤维素与聚乙烯醇的复合载体来固定扩展青霉脂肪酶。相比于游离脂肪酶催化碳酸乙烯酯与甲醇的酯交换反应,固定化酶表现出更高的催化效率与催化活性,反应时间缩短至48h,EC的转化率提高到94%,DMC产率提高到93%,DMC的选择性提高到99%；而且,固定化酶显著提高了酶的稳定性及重复利用性。第四章：采用室温下溶胶-凝胶转相法制备出了纤维素微球,利用原位合成法在纤维素微球上合成了Fe304纳米粒子从而制备得到磁性纤维素微球,通过加入环氧氯丙烷对磁性纤维素微球进行活化,成功的将扩展青霉脂肪酶负载于磁性纤维素微球上。磁性纤维素微球的多孔结构以及载体与酶分子间的多共价键结合,使固定化酶的稳定性得到了显著提高并且在催化碳酸乙烯酯与甲醇的酯交换反应中表现出了很好的催化活性。反应结束后,在外来磁场的作用下,催化剂极易分离。第五章：创造性的将氨基-环氧基复合功能基团应用到磁性纳米颗粒负载酶,极大地提高了载体吸附酶的速度；并且所合成载体的中空结构以及表面丰富的环氧基团都极大的提高了固载酶的稳定性,制备得到的固定化酶作为催化剂催化碳酸乙烯酯与正丁胺反应合成1,3-二取代脲的反应,取得了优良的催化效果,而针对该反应,之前很少有生物酶作为催化剂的报道；反应完成后,催化剂在外加磁性的作用下极易分离,并且在重复利用十次后依然保持其最初活性的94.8%。第六章：通过硫酸处理法制备纤维素纳米晶体,利用原位合成法在纤维素纳米晶体上合成了Fe304纳米粒子从而制备磁性纤维素微球。然后,通过环氧氯丙烷对该磁性纤维素微球进行功能化,使微球具备大量的功能化基团(环氧基),通过环氧基与PEL上的活化基团(羟基、氨基、羧基、硫醇基等)共价结合,从而达到固定化酶的目的。