氰基水解菌对腈纶纤维的改性研究

摘要

腈纶纤维由于其具有疏水性，易起静电，在工业上的应用受到很大的限制。传统的改性方法需要在高温、强酸、碱的条件下进行，会造成纤维的物理机械性质发生变化，强度和手感都有明显下降，且纤维易泛黄。
　　 本实验采用生物改性，即用产腈水解酶的微生物对腈纶纤维进行处理，使纤维表面的氰基水解，增加纤维上的亲水性基团含量，从而改变腈纶的疏水性和染色性能。
　　 为了提高转基因大肠杆菌BL21(DE3)-PE7-Nit产腈水解酶的酶活力，本文首先对转基因大肠杆菌BL21(DE3)-PE7-Nit进行了培养优化。优化后得到的培养基的配方为：酵母粉10g/L，L-谷氨酸钠8g/L，MgSO4.7H2O0.7g/IL，异丙基-β-D-硫代半乳糖苷0.3mmol/L、磷酸氢二钾0.5g/L、磷酸二氢钾0.5g/L。培养条件为：初始pH值7.0，接种量2％。催化条件为：乙腈浓度150mmol/L，催化pH7.0，菌浓比1:2，催化温度37℃。通过对腈水解酶的培养基、培养条件、催化条件的优化，腈水解酶活力提高了130.37％。
　　 用优化后的条件对转基因大肠杆菌BL21(DE3)-PE7-Nit进行培养，并对纤维进行处理。结果表明，氰基水解菌处理后腈纶纤维表面的O元素百分含量增加，相应的C、N元素百分含量都有所下降。核磁共振波谱法分析表明，处理后的腈纶纤维出现-COOH，而未处理的腈纶纤维表面并没有该基团。同时，红外光谱分析结果表明，处理后纤维表面的氰基数量有一定的减少，而羧基有一定的增加。通过染色实验也发现，处理后的腈纶纤维对亚甲基蓝和阳离子染料的上染率提高，而对酸性染料的上染率下降，这些测试结果说明生物改性处理后腈纶表面的氰基水解成相应的羧基。重组DNA大肠杆菌处理后的腈纶纤维的亲水性增强，回潮率和保水率的长率分别是61％和64.6％。处理后腈纶纤维的强力只下降了1.17％，因此推断只有腈纶表面的氰基被水解，所以对腈纶纤维的物理机械性能影响不大。
　　 同时，实验中考虑了处理时间、接种量以及表面活性剂对氰基水解菌处理腈纶效果的影响。实验发现，氰基水解菌处理腈纶纤维的时间越长，纤维的回潮率和阳离子染料的上染率也就越大。当接种量为4％或6％的时候，氰基水解菌对腈纶纤维的改性效果最好。非离子型表面活性剂JFC和平平加O的添加对氰基水解菌改性腈纶纤维有一定的促进作用，因此实验中选择添加JFC作为表面活性剂。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 腈纶的发展状况

1.2 腈纶的结构和性能

1.3 腈纶的传统改性方法

1.3.1 化学方法

1.3.2 物理方法

1.4 腈纶的生物法改性

1.4.1 生物催化及其在纺织中的应用

1.4.2 酶催化作用的特点

1.4.3 影响酶催化反应的因素

1.4.4 可以分解腈基微生物

1.5 腈水解酶的研究进程

1.5.1 腈水解酶的综述

1.5.2 腈水解酶的结构特点

1.5.3 酶催化腈水解反应的特性

1.6 实验原理

1.7 腈基水解酶在聚丙烯腈改性方向上的研究进展

1.8 本论文的主要研究内容

第二章 氰基水解菌的培养优化

2.1 实验药品和仪器设备

2.2 实验方法

2.2.1 培养基组成

2.2.2 种子液培养

2.2.3 发酵培养

2.3 腈水解酶活力测试方法的建立

2.4 结果与讨论

2.4.1 培养基的优化

2.4.2 生长条件的优化

2.4.3 催化条件的优化

2.5 本章小结

第三章 氰基水解菌对腈纶纤维的改性研究

3.1 实验药品和仪器设备

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验设备

3.2 转基因大肠杆菌的发酵培养

3.2.1 培养基组成

3.2.2 种子液培养

3.2.3 发酵培养

3.2.4 离心获得湿菌体

3.3 转基因大肠杆菌对腈纶的处理

3.3.1 腈纶处理工艺

3.3.2 处理前后腈纶纤维染色

3.4 主要测试方法

3.4.1 X射线光电子能谱分析(XPS)

3.4.2 扫描电子显微镜

3.4.3 回潮率的测定

3.4.4 保水率的测定

3.4.5 上染率

3.4.6 纤维强力

3.4.7 红外光谱法

3.4.8 核磁共振波谱法

3.5 氰基水解菌对腈纶纤维的处理结果与讨论

3.5.1 处理前后腈纶的形态结构变化

3.5.2 处理前后纤维的XPS分析

3.5.3 处理前后纤维的红外分析

3.5.4 处理前后纤维的核磁共振波谱法分析

3.5.5 处理前后纤维吸湿性能的变化

3.5.6 处理前后腈纶的染色性能比较

3.5.7 处理前后腈纶的强力变化

3.6 不同因素对微生物处理腈纶纤维改性效果的影响

3.6.1 微生物处理时间对纤维性能的影响

3.6.2 接种量对改性效果的影响

3.6.3 表面活性剂对改性效果的影响

3.7 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文以及参加科研情况

致谢