沉淀聚合制备聚脲多孔材料及其酶固定

摘要

本文以甲苯二异氰酸酯(TDI)为单体在水和丙酮混合溶剂中通过沉淀聚合一步法制备了聚脲多孔材料(PPU)。通过扫描电子显微镜、压汞法、红外光谱仪、核磁共振仪(NMR)、X-射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)对 PPU的结构和性能进行了表征。结果表明PPU是一种粒子尺寸分布在10μm~40μm的形状不规则的多孔粒子，孔径分布在2 nm~1000 nm之间。PPU的比表面积可达161.68 m2·g-1，孔体积和孔隙率分别为2.20 cm3·g-1和71.77％。红外分析显示，PPU中具有聚脲的特征基团，存在很多的分子间氢键，异氰酸酯基团反应较为完全。NMR测试结果表明，PPU中富含伯胺基团，数均聚合度为15。用XRD测定了PPU的结晶性能，并通过Bragg公式计算了PPU谱图中三个衍射峰对应的晶面间距。TGA测试结果说明，PPU具有很好的热稳定性，在270℃下基本不分解。用对硝基苯甲醛(NBA)测定PPU中伯胺基团含量，研究了NBA浓度和反应时间对测定结果的影响。结果表明，醛基与伯胺基团的摩尔比不低于42.7时，PPU与NBA反应时间为4 h，PPU表面伯胺基密度为9.89×10-8 mmol/cm2。
　　将PPU使用戊二醛(GA)活化后用于固定荧光假单胞菌脂肪酶(PFL)。研究了GA活化PPU的过程中GA浓度及溶液pH值对活化后PPU固定PFL效果的影响。并探讨了PPU固定PFL过程中酶溶液的浓度对被固定PFL的量和固定酶活性的影响。结果表明，在pH为8.0的缓冲液中用浓度为0.17 mol/L的GA对PPU进行改性，改性后的PPU在pH为8.0的缓冲液中固定PFL，是PPU固定PFL的最佳条件，此时酶的固定量为95.2 mg/g，通过棕榈酸对硝基苯酯水解过程测定的固定酶催化水解活性为375 U/mg，相对活性为76%。将固定酶与游离酶在不同温度和pH值下的活性及二者在30℃和40℃下的热稳定性进行了比较。结果显示，固定酶对温度和pH值的适应性好；与游离酶相比，固定酶的热稳定性要好。固定酶在重复用于催化棕榈酸对硝基苯酯水解反应5次后仍有70%的活性。
　　将固定酶用于(R,S)-1-苯乙醇的手性拆分。实验发现，和游离酶相比，固定酶的催化活性提高。在eep>99.5%以及E>200的前提下，游离酶的最大转化率不足41.9%，固定酶的转化率可达49.7%。说明酶被固定后其在有机溶剂中的催化活性和对手性化合物的选择性变好。固定酶重复催化1-苯乙醇和醋酸乙烯酯酯交换反应5次后的活性有所降低，但选择专一性未发生明显变化，eep>99.5%，E>200，转化率为46.4%。

目录

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第一章 绪 论

1.1 聚脲材料的发展

1.2 聚合物多孔材料及其制备

1.3 脂肪酶的结构及其应用

1.4 脂肪酶的固定方法

1.5 课题的提出及研究内容

第二章 PPU的制备与表征

2.1 试剂

2.2 实验仪器

2.3 实验

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 PPU中伯胺基含量的测定

3.1 试剂

3.2 实验仪器

3.3 实验

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 PPU固定脂肪酶

4.1 试剂

4.2 实验仪器

4.3 实验

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 固定酶拆分(S,R)-1-苯乙醇

5.1 试剂

5.2 实验仪器

5.3 实验

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录