本文關(guān)鍵詞：載酶Pickering乳液催化體系的構(gòu)建與性能研究　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：酶能夠在溫和條件下精確、高選擇性地催化復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),但是由于絕大多數(shù)有機(jī)底物不溶于水,極大限制了水溶性生物酶的使用。利用表面活性劑分子形成微乳液,可以極大地提高親水性酶和疏水性底物的接觸。但是,高濃度表面活性劑的存在為產(chǎn)物的分離以及酶的回收利用帶來(lái)了極大地不便。相對(duì)而言,以固體顆粒為穩(wěn)定劑的Pickering乳液(PE)體系,不僅能保證水油兩相之間的充分接觸,還能便利地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物和催化劑的分離回收,被認(rèn)為是一種很有潛力的兩相反應(yīng)體系。首先,本論文以雙親性的中空碳微球(CMs)為固體顆粒穩(wěn)定劑,成功制備了水包油型的PE體系,發(fā)現(xiàn)乳滴的粒徑大小和分布與固體顆粒濃度、油水比和均質(zhì)速度有關(guān)。在此基礎(chǔ)上,將其用于脂肪酶的水解和酯化反應(yīng),發(fā)現(xiàn)99%以上的酶分布于油水界面處,極大提高了酶的利用率,并且表現(xiàn)出高的催化效率與穩(wěn)定性。當(dāng)界面面積為43.9 m2/L,界面酶濃度為0.57×10-2 g/m2時(shí),CRL脂肪酶的催化活力最大4.65 μmol/mg min。對(duì)于酯化反應(yīng)而言,CRL-PE體系催化性能主要受固體顆粒的性質(zhì)、有機(jī)溶劑的極性以及反應(yīng)底物性質(zhì)的影響。固體顆粒主要通過(guò)影響PE乳滴的大小、脂肪酶在PE體系中的分布以及分散液的表面張力來(lái)影響CRL-PE體系的催化性能；有機(jī)溶劑的非極性越強(qiáng)、反應(yīng)底物分子的碳鏈越長(zhǎng),CRL-PE體系的催化效率越高。在最適反應(yīng)條件下水解反應(yīng)和酯化反應(yīng)的產(chǎn)率均能達(dá)到99%以上。此外,在水包油的CRL-PE體系中,CRL能長(zhǎng)時(shí)間保持高的催化活性且不受高濃度底物的抑制,以純反應(yīng)底物作為乳液內(nèi)相時(shí),CRL-PE體系在循環(huán)使用12次(x12 h)后,其催化活力仍能達(dá)到原始活力的81%以上。其次,利用CMs與PE乳滴結(jié)構(gòu)的天然相似性,模擬油包水型PE體系,成功將CRL脂肪酶封裝固定于雙親性中空碳微球空腔內(nèi)部,并用于有機(jī)相中的酯化和轉(zhuǎn)酯化催化反應(yīng)。研究表明CMs的保水性是影響脂肪酶催化效率的關(guān)鍵因素：對(duì)于轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)而言,CMs的保水性對(duì)脂肪酶催化活性影響較大,在含水率最大的CM-180-I(4.37%)中,脂肪酶的催化效率最高,30 min的產(chǎn)率能達(dá)到40%；對(duì)于酯化反應(yīng)而言,CMs的含水量在1.2%-4.4%范圍內(nèi)對(duì)脂肪酶催化活性影響不明顯,這與其去水的反應(yīng)機(jī)理有關(guān)。最后,結(jié)合PE技術(shù)和固定化酶技術(shù),成功的采用兩步酶法實(shí)現(xiàn)了生物柴油的高效制備。在第一步的水解反應(yīng)中,以CRL為催化劑、PE體系為反應(yīng)介質(zhì),6.75 g菜籽油在30℃下反應(yīng)3h就能被完全水解為脂肪酸,其催化劑用量為2.2 mg CRL/g菜籽油；在第二步的酯化反應(yīng)中,以固定化脂肪酶(TLL-CMs)為催化劑、無(wú)溶劑體系為反應(yīng)介質(zhì),當(dāng)1LL-CMs用量為250 mg(約95.8μL液體TLL)時(shí),40℃下反應(yīng)45 min就能將1g脂肪酸和甲醇完全轉(zhuǎn)化為生物柴油。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q814.9;TE667

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本文編號(hào)：1324096