硅材料由于具有很好的生物亲和性,并且作为无机材料的一种,硅材料能够很容易的被修饰、改性以及功能化。同时,修饰改性的操作过程相对来说比较简单。硅材料具有很好的孔道结构,具有微孔、介孔以及大孔等不同的孔道分布;硅材料具有大的比表面积,较好的的尺寸分布以及比较好的机械强度。硅基材料表面很容易活化出大量的硅羟基,这为后续的一系列化学修饰提供了可能。所以说硅材料具有非常好的应用前景。正丁醇由于具有很好的工业化价值,不仅在生化领域有很好的应用,并且作为一种潜在的替代能源引起了越来越多人的关注。课题组通过重组大肠杆菌并且发酵生产了高温稳定性(50℃)的海藻糖合成酶。为了实现海藻糖的连续生产以及提高海藻糖合成酶的稳定性,采用固定化酶的工艺,通过共价偶联的方式,在提高海藻糖合成酶稳定性的同时,实现海藻糖的生产。这里选用硅材料来帮助实现海藻糖合成酶的固定化以及丁醇的分离。主要研究成果如下:使用吸附工艺实现对正丁醇的分离,所以在分离过程中吸附剂的选择是至关重要的。选取商业化的多孔硅Silicalite-1,通过对Silicalite-1进行功能改性,来增加吸附剂对正丁醇的吸附效果。先后使用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷以及3-氨丙基三甲氧基硅烷对Silicalite-1进行修饰,成功的在Silicalite-1表面构建了一层亲水/疏水结构。疏水层的存在,减少了材料对溶剂水的吸附,从而增大了材料对溶质的吸附潜能;同时,因为对材料进行疏水修饰,导致材料在水中的分散性降低,所以在材料经过疏水修饰之后,继续对材料进行亲水修饰,改善疏水材料在水中的分散能力。亲水/疏水层的存在并没有影响材料对丁醇吸附速率,同时改性材料具有很好的热稳定性。在亲水/疏水Silicalite-1对正丁醇模拟发酵液的吸附实验中发现,改性Silicalite-1材料对正丁醇的吸附量相较于为修饰改性的Silicalite-1增加了 50%。这种修饰改性方法非常适用于对水-有机溶剂的分离中。首先采用商业购买的Silicalite-1硅沸石作为载体,采用环氧基团对Silicalite-1表面进行修饰改性,然后使用改性后的载体对海藻糖合成酶进行固定。随后,使用固定化酶对麦芽糖溶液进行催化转化,有效重复利用次数达到了5次;采用十六烷基三甲基氯化铵为模板剂,以四乙氧基硅烷以及3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷为硅源,制备了具有纳米尺寸的载体,对海藻糖合成酶进行固定。固定化酶对200g/L的麦芽糖溶液进行催化,重复利用10次之后,催化效果仍然保持了 80%以上。本文主要是对硅材料进行功能化,来实现高性能的生物分离以及生物催化反应。