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纳米TiO2仿生合成及其固载脂肪酶的界面特性研究

作　者: 曹宁
导　师: 陶玉贵
学　校: 安徽工程大学
专　业: 微生物学
关键词: 仿生合成 纳米TiO2 脂肪酶 固定化 界面特性
分类号: Q814.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


纳米TiO2是一种重要的无机半导体材料,因其具有的优良特性被广泛地应用于催化剂、涂料、化妆品、感光材料、食品包装、环保工程、医药等领域。合成纳米TiO2方法主要有溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法、电沉淀法、液相沉淀法及微乳液法等。目前,利用生物分子作为模板剂的仿生合成方法制备纳米TiO2已经日渐成为研究热点。近年来,纳米材料已被广泛应用于酶固定化,纳米级的TiO2具有比表面积大、表面活性强、无毒无害、生物亲和性好、对有机物质吸附性好等特点而成为酶固定化的优良载体。本课题利用生物模板合成不同形貌的纳米TiO2载体进行脂肪酶的固定化,选择其中固定化效果较好的载体进行固定化的最佳条件和载体与酶界面性质的研究。结果表明：以钛酸正四丁酯钛源、L-半胱氨酸为模板剂,通过控制实验条件和其他试剂仿生合成出了TiO2纳米线、纳米花以及纳米片。其中,纳米线直径在20-40m,长度达到微米级,比表面积高达到312.58m2g-1；纳米花为锐钛矿和纤锌矿异质复合体,直径在2-3μm之间,花状形貌由许多几十纳米厚的薄片组成,主要含有Zn, Ti, O和C元素,比表面积为219.54m2g-1,具有较好的光吸收特性；通过调节乙二胺和水的二元体系,合成出了无定形的纳米片,并通过控制体系中乙二胺和反应温度实现了控制TiO2形貌和晶型的转变。以三种不同形貌的TiO2为载体固定化脂肪酶,确定出纳米线形貌的TiO2较于其他两种固定化效果更好。对纳米线TiO2载体固定化脂肪酶做了进一步研究,通过单因素实验和响应面实验设计方法对加酶量、pH和固定化时间三个条件进行优化,得到最优的组合为：加酶量0.250g、pH为7.005、固定化时间为6.330h,在此条件下,脂肪酶的理论固载率为80.1207%。研究纳米线TiO2吸附固定脂肪酶的界面特性,主要采用了SEM、 XRD、XPS、FT-IR、UV以及比表面积分析仪等对纳米线TiO2固定的脂肪酶进行表征。SEM表征显示,在纳米线形貌的载体上存在脂肪酶的吸附,XRD表征结果虽不理想,但也在一定程度说明脂肪酶吸附到载体上,FT-IR的表征清晰表明固定化后的样品中出现了脂肪酶的特征吸收峰,说明脂肪酶已固定到纳米线载体上。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章 绪论  13-21
  1.1 纳米TiO_2仿生合成  13-15
    1.1.1 纳米TiO_2简介  13
    1.1.2 仿生合成简介  13-14
    1.1.3 纳米TiO_2仿生合成  14-15
  1.2 纳米TiO_2表征  15-17
    1.2.1 扫描电子显微镜(SEM)  16
    1.2.2 透射电子显微镜(TEM)  16
    1.2.3 X-射线衍射仪(XRD)  16-17
    1.2.4 X-射线光电子能谱(XPS)  17
    1.2.5 傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)  17
    1.2.6 热重分析法(TG)  17
  1.3 纳米TiO_2应用  17-19
    1.3.1 纳米TiO_2的应用  17-18
    1.3.2 纳米TiO_2固定化脂肪酶  18-19
  1.4 本课题的研究意义及主要内容  19-21
第2章 L-半胱氨酸模板仿生合成TiO_2纳米线  21-28
  2.1 实验材料  21-22
    2.1.1 实验药品  21
    2.1.2 实验仪器  21-22
  2.2 实验方法  22
    2.2.1 TiO_2纳米线合成  22
    2.2.2 表征  22
  2.3 结果与讨论  22-27
    2.3.1 样品的SEM表征  22-24
    2.3.2 样品的XRD表征  24-25
    2.3.3 样品的FT-IR表征  25-26
    2.3.4 样品的比表面积及孔径表征  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 L-半胱氨酸模板仿生合成TiO_2/ZnO纳米花  28-39
  3.1 实验材料  29
    3.1.1 实验药品  29
    3.1.2 实验仪器  29
  3.2 实验方法  29-30
    3.2.1 TiO_2/ZnO复合材料水热合成  29
    3.2.2 表征  29-30
  3.3 结果与讨论  30-37
    3.3.1 样品的XRD分析  30-31
    3.3.2 样品的SEM分析  31-33
    3.3.3 样品的XPS分析  33-34
    3.3.4 样品的FT-IR分析  34-35
    3.3.5 样品的比表面积及孔径分析  35-36
    3.3.6 样品的UV-vis分析  36-37
  3.4 本章小结  37-39
第4章 L-半胱氨酸模板辅助合成TiO_2纳米片  39-47
  4.1 实验材料  39-40
    4.1.1 实验药品  39
    4.1.2 实验仪器  39-40
  4.2 实验方法  40
    4.2.1 合成方法  40
    4.2.2 表征  40
  4.3 结果与讨论  40-46
    4.3.1 反应时间对产物的影响  40-42
    4.3.2 反应温度对产物的影响  42-44
    4.3.3 乙二胺和L-半胱氨酸对产物的影响  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 纳米线TiO_2吸附固定化脂肪酶的研究  47-56
  5.1 实验材料  47-48
    5.1.1 实验药品  47-48
    5.1.2 实验仪器  48
  5.2 实验方法  48
    5.2.1 固定化方法  48
    5.2.2 酶活测定方法  48
    5.2.3 蛋白负载率测定  48
  5.3 结果与讨论  48-55
    5.3.1 以三种不同形貌纳米TiO_2为载体固定化脂肪酶  48-49
    5.3.2 以纳米线TiO_2为载体固定化脂肪酶的影响因素  49-52
    5.3.3 响应面法对固定条件优化  52-55
  5.4 本章小结  55-56
第6章 纳米线TiO_2吸附固定化脂肪酶界面特性的研究  56-61
  6.1 实验方法  56-57
    6.1.1 固定化方法  56-57
    6.1.2 表征方法  57
  6.2 结果与讨论  57-60
    6.2.1 样品的SEM分析  57-58
    6.2.2 样品的XRD分析  58-59
    6.2.3 FT-IR分析  59
    6.2.4 比表面积及孔径分析  59-60
  6.3 本章小结  60-61
第7章 结论与展望  61-63
  7.1 结论  61-62
  7.2 展望  62-63
参考文献  63-72
研究生在读期间发表的论文情况  72-73
致谢  73

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中图分类: > 生物科学 > 生物工程学（生物技术） > 酶工程 > 固定化酶和固定化细胞技术
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