【摘要】：辣根過氧化物酶(HRP)是一種活性高、專一性強的天然催化劑,具有很好的生物相容性。近年來,隨著酶固定化技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,HRP在食品健康、生物醫(yī)藥、紡織工程、污水處理等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但目前酶固定化的技術(shù)尚在發(fā)展中,依然存在諸如諸如酶活性低、循環(huán)能力較差以及實際應(yīng)用效果不理想等問題,如何解決這些問題目前研究的當(dāng)務(wù)之急。在本論文中,通過使用磁性納米小球負載目標酶、合成磁性HRP納米花以及使用g-C_3N_4負載目標酶的方法,制備得到了一系列新型HRP復(fù)合納米催化劑,并將其應(yīng)用于酚類污染物的催化降解。具體實驗內(nèi)容如下:(1)設(shè)計合成了一種新型的功能化磁性納米微球Fe_3O_4@p(AABOB-co-AIM)-Ni~(2+)并進行了一系列表征。該功能化磁性納米微球主要通過苯硼酸AABOB與HRP糖基片段上鄰二羥基形成穩(wěn)定的六元環(huán)結(jié)構(gòu),以及磁球表面Ni~(2+)和HRP氨基作用將HRP固定在磁球表面,制備得到功能化磁性HRP催化劑。相對于傳統(tǒng)單一種類活性基團固定的方法,AABOB和Ni~(2+)協(xié)同作用的固載效果更為優(yōu)越。該實驗中探討了交聯(lián)劑的用量、pH及兩種配體之間的配比等因素對HRP固定化的影響,得到HRP的固載量為174.75 mg g~(-1)。此外,合成的新型功能化磁性HRP催化劑具有很強的重復(fù)利用能力,能在外加磁場30s后達到分離,且在循環(huán)5次后酶活依然保持83%。該功能化磁性HRP催化劑的溫度穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性均有一定程度的提升。該功能化磁性HRP催化劑降解苯酚的效率明顯優(yōu)于游離HRP。(2)設(shè)計合成了Fe_3O_4@PMG@IDA-Cu~(2+)磁性納米微球并將其和HRP的磷酸鹽緩沖溶液反應(yīng)形成一種新型的磁性納米花,制備得磁性納米花HRP催化劑。對合成的磁性納米微球和磁性納米花HRP催化劑進行了一系列的表征。研究探討了HRP濃度、pH、合成時間、磷酸鹽緩沖溶液濃度對磁性納米花HRP催化劑酶活和形貌的影響,得到最佳的合成條件為:HRP的濃度為0.5mg/mL、pH為7、合成時間為8小時、磷酸鹽緩沖溶液濃度為0.2 mol L~(-1)。磁性納米花HRP催化劑在循環(huán)反應(yīng)6次后,其酶活仍能達到75%,且在外加磁場下能夠快速分離。此外,該磁性納米花HRP催化劑的溫度穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性也得到一定的提升。最后將磁性納米花HRP催化劑用于常見污染物雙酚A的降解,發(fā)現(xiàn)在30 min內(nèi)磁性納米花HRP催化劑能降解超過90%的雙酚A,效果明顯優(yōu)于游離HRP。(3)設(shè)計合成了一種新型的復(fù)合g-C_3N_4/Ni-HRP催化劑,用于進一步提升HRP對酚類污染物的降解能力,并且對g-C_3N_4/Ni-HRP催化劑進行了一系列完整的表征。通過調(diào)試g-C_3N_4、Ni及HRP的比例以達到最佳的光催化降解性能,得到的最佳條件為:g-C_3N_4為50 mg、Ni元素為3 mg、和HRP為1 mg。在不加入過氧化氫的條件下,合成的g-C_3N_4/Ni-HRP催化劑能在40 min左右將污水中的雙酚A完全降解,其降解能力相較于之前的研究有著顯著的提升,同時對其他常見的酚類物質(zhì)也進行了降解研究。此外還討論了g-C_3N_4/Ni-HRP催化劑的循環(huán)能力,在循環(huán)4次后其降解能力沒有明顯的下降,說明g-C_3N_4/Ni-HRP催化劑的穩(wěn)定性較好。
【圖文】：

圖 1.1 固定化酶的方法Fig1.3 The method of immobilized enzyme2.1 吸附法在酶的固定化中，最為常見和簡單的方法就是吸附法，該方法主要利用的酶與載體間的一系列相互作用（例如：氫鍵、離子鍵和分子間的范德將酶固定在載體表面[20,21]。吸附法和其他方法相比，最為突出的優(yōu)點就法的簡便，而且吸附法制備固定化酶時一般不需要用有機溶劑，故酶的定化時被破壞程度很小。同樣的，僅僅依靠吸附形成的固定化酶也存在，一來是材料表面吸附的酶很容易在一次或者多次反應(yīng)后從載體表面脫污染產(chǎn)物，二來是形成的固定化酶對溫度和 pH 耐受性的提升極為有限2.2 共價結(jié)合法共價結(jié)合法，顧名思義，如圖 1.1 中所示，，就是通過共價鍵將酶結(jié)合到上。一般來說，通過這種方法制備固定化酶，酶和載體之間的結(jié)合因為

人將鎳修飾的二氧化硅磁性納米微球作為酶的固定基質(zhì)，所得的固定化酶與游酶相比，催化能力提高了 32.7%。此外酶在基質(zhì)的保護下，對于 pH 和溫度的受性也有著顯著的提升。Prakasham 等在控制 pH 5.0，在 30-60 ℃的不同溫度圍下研究用磁性納米小球固定化后的淀粉酶的一系列性質(zhì)，與同溫度下的游離相比，固定化后的淀粉酶展現(xiàn)了更好的淀粉水解活性和更強的熱穩(wěn)定性[44]。Kim 等人制備了包覆有二氧化硅層的磁性顆粒（SiMN），并在二氧化硅層面修飾上多齒配體亞氨基二乙酸，通過耦合 Cu2+離子用以固定帶有 His 標簽的熱脂肪芽孢桿菌 L1 脂肪酶，最終制得的樣品的平均粒徑約為 115 μm（如圖）。固定在該材料上的脂肪酶在重復(fù)利用 5 次后依然具有 70 %的活性，酶的性保留遠高于其他的固定化法[45]。類似的，Konwarh 等人將取自枯草芽孢桿菌角蛋白酶固定在聚乙二醇包覆的 Fe3O4超順磁性納米顆粒上，和游離酶相比，各類物理和化學(xué)穩(wěn)定性都有著顯著的提升[46]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：2619622