纳米纤维膜固定化酶及其酶-膜反应器的构建与性能研究

摘要

酶-膜反应器将酶的催化功能与膜的分离功能交叉融合，以创造出有利的过程热力学和动力学，在降低成本的同时极大地提高了反应效率，因而在化学化工的诸多领域中得到越来越广泛的应用。固定化酶活性以及反应器构造对酶-膜反应器效率有着重大影响。本论文旨在探索纤维素纳米纤维膜表面固定化脂肪酶的方法，以期获得经济、高效的固定化酶膜，构建并优化固定化酶催化/分离系统。具体内容如下：
　　 利用静电纺丝法制备了醋酸纤维素纳米纤维膜，研究了纺丝条件对纤维形态和直径的影响，得到最佳纺丝条件。将所得醋酸纤维素膜水解制成再生纤维素纳米纤维膜，并通过场发射扫描电镜(FESEM)、衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR/FT-IR)以及酸碱滴定方法进行表征。结果表明，水解以后纤维膜中乙酸结合度大幅下降。
　　 通过高碘酸钠氧化法氧化再生纤维素纳米纤维膜表面羟基，在膜表面引入醛基，进而与四乙烯五胺反应引入间隔臂，最后通过戊二醛法将脂肪酶固定于再生纤维素纳米纤维膜上。采用响应曲面法(RSM)系统地研究了固定化条件对固定化酶活性的影响，并探讨固定化前后脂肪酶稳定性的变化。最佳固定化条件下，固定化酶保留活性达到54.33％，同时稳定性也较自由酶有明显提高。
　　 在以上工作的基础上，初步探讨了固定化酶膜在生物反应器中的应用。将固定化酶膜应用于两相酶-膜反应器中，以橄榄油水解为模型反应，分别从萃取相的选择、pH、促进剂浓度、温度以及酶膜用量等方面考察了反应器操作条件对水解反应效率的影响。研究表明，在最佳水解条件下，单位面积酶膜活性达到9.83×104U/m2：，为这类酶-膜生物反应器的进一步应用提供了参考。

目录

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致谢

第一章绪论

1.1酶的固定化技术

1.1.1载体结构的影响

1.1.2载体材料的影响

1.3课题提出

第二章实验部分

2.1主要化学原料

2.2主要仪器设备

2.3静电纺丝膜的制备及其表征

2.3.1聚合物的静电纺丝

2.3.2光学显微镜

2.3.3场发射电子扫描显微镜(FESEM)

2.4再生纤维素纳米纤维膜的制备及其表征

2.4.1再生纤维素纳米纤维膜的制备

2.4.2 HCl标准溶液的配制

2.4.3脱乙酰度的测定

2.4.4称重法

2.5纤维膜的氧化与修饰

2.5.1纤维素纳米纤维膜的氧化

2.5.3羰基含量测定

2.5.4元素分析(EA)

2.6脂肪酶的固定化

2.6.1戊二醛法活化四乙烯五胺修饰膜

2.6.2脂肪酶的固定化

2.6.3脂肪酶载酶量的确定

2.6.4脂肪酶活性的测定

2.6.5脂肪酶稳定性的测定

2.7.1氢氧化钠标准溶液的配制及浓度标定

2.7.2反应器中固定化脂肪酶活性的测定

第三章再生纤维素纳米纤维膜的制备

3.1引言

3.2静电纺丝条件对纤维膜形态结构的影响

3.2.1溶剂的选择

3.1.2纺丝溶液浓度的影响

3.1.3环境湿度的影响

3.1.4纺丝电压的影响

3.3再生纤维素膜的制备及表征

3.3.1 ATR/FT-IR分析

3.3.2乙酰基含量的测定

3.3.3称重法

第四章脂肪酶在再生纤维素电纺膜上的固定化

4.1引言

4.2酶固定化条件的研究

4.2.1再生纤维素膜的活化

4.2.3固定化条件的选择

4.3固定化酶稳定性

4.3.1催化反应最适pH

4.3.2催化反应最适温度

4.3.3热稳定性

4.3.4重复使用稳定性

4.3.5储存稳定性

第五章两相酶-膜反应器水解橄榄油的研究

5.1引言

5.2.1氢氧化钠标准溶液的标定

5.2.2萃取相溶液的选择

5.2.3萃取相pH的影响

5.2.4促进剂的影响

5.2.5反应温度的影响

5.2.6纤维膜用量的影响

5.3.1大面积纤维膜的制备

第六章主要结论

参考文献

作者简历