【摘要】：相較于無機(jī)催化劑,酶能使化學(xué)反應(yīng)活化能顯著減少;酶對(duì)底物的選擇十分專一;酶的生物屬性,使催化反應(yīng)在溫和環(huán)境中即可進(jìn)行。然而,在高溫、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下游離酶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變而失去活性,且不易被回收利用。固定化酶穩(wěn)定性好,易分離,方便回收,節(jié)約成本,并適應(yīng)嚴(yán)苛的反應(yīng)條件。金屬有機(jī)框架材料(MOFs)具有孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則,比表面積較大和富含金屬位點(diǎn)等諸多特性,是一種優(yōu)秀的酶固定化載體。本文利用MOFs材料對(duì)酶進(jìn)行固載,不僅實(shí)現(xiàn)了酶的回收利用,而且使酶的穩(wěn)定性和催化效率得以大幅提升。合成新型光催化劑與酶催化體系結(jié)合,實(shí)現(xiàn)NADH再生,并將CO2還原為甲醇,實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的有效利用。本文主要工作如下:(1)成功構(gòu)建了磁性金屬有機(jī)框架材料固定化酶載體。以磁性Fe304納米微球?yàn)椤昂恕?通過層層自組裝技術(shù),在其表面包覆了HKUST-1殼層,實(shí)現(xiàn)了對(duì)辣根過氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)的共同固定化。通過調(diào)控酶的空間定位,獲得三種納米雙酶體系。(2)系統(tǒng)研究了納米雙酶體系的催化條件和動(dòng)力學(xué)。研究表明當(dāng)pH=6,溫度為20℃時(shí)酶活性最高。其中GOx固定在外層HKUST-1,HRP固定在內(nèi)層HKUST-1的納米系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)是最佳固載方式,顯示出優(yōu)越的動(dòng)力學(xué)特性,米氏常數(shù)Km=0.8 mmol·L-1,最大反應(yīng)速率Vmax=11.3 μmol·L-1·min-1。而 HRP 固定在外層 HKUST-1,GOx 固定在內(nèi)層HKUST-1的納米系統(tǒng),連續(xù)10次回收利用后,仍能得到80.6%的底物轉(zhuǎn)化率,擁有最佳的操作穩(wěn)定性。(3)合成了光催化還原和酶催化相結(jié)合的納米催化體系,成功實(shí)現(xiàn)了CO2的還原和NADH輔因子的再生。合成金屬卟啉配合物,光照條件下,可實(shí)現(xiàn)NADH再生,將C02還原為甲酸,甲酸產(chǎn)量可達(dá)174 mmol·L-1·h-1。在該光催化體系中,引入乙醇脫氫酶和甲醛脫氫酶,建立光催化劑和生物催化劑復(fù)合體系,實(shí)現(xiàn)NADH再生以及將CO2還原為甲醇。
【圖文】：

間的作用力差異。物理吸附固定化酶的載體需要具備高吸附能力且不溶于水。逡逑Ｚｅｚｚｉ邋ｄｏ邋Ｖａｌｌｅ邋Ｇｏｍｅｓ等［２］利用陸質(zhì)介孔泡沫（ＭＣＦｓ）對(duì)甲醛脫氫酶（ＦａｌｄＤＨ）逡逑的物理吸附作用對(duì)其進(jìn)行固載。如圖１－２，其設(shè)計(jì)合成的ＭＣＦ邋２的酶載量高達(dá)逡逑７５０邋ｍｇｆ１，甲醛脫氫酶被由巰基修飾的ＭＣＦ邋２固定后，活性優(yōu)于游離酶。離子逡逑吸附固定化酶的載體材料本身需帶有離子交換基團(tuán)且不溶于水，通過靜電相互作逡逑用完成對(duì)酶的固載。Ｇｈｏｄｓｉ邋Ｊａｖａｄ等［３］在Ｆｅｓ0４納米微球表面生長一層二氧化娃，逡逑將其用作血紅蛋白的固定載體。其制備過程首先是采用簡單的共沉積法制備磁性逡逑納米顆粒，然后將二氧化硅包覆在其表面上，再通過靜電作用固定血紅蛋白酶。逡逑這種固載方式使血紅蛋白酶固載量更高、更穩(wěn)定。吸附法主要通過分子間相互作逡逑用對(duì)酶進(jìn)行固載，這種作用很弱，酶會(huì)輕易掉落。但可用于吸附法固定化酶的載逡逑體材料更多、成本更低，而且吸附法固定化酶手段溫和，對(duì)酶活的損害很小。此逡逑夕卜，吸附法固定化酶易回收，能重復(fù)。因此，吸附法的經(jīng)濟(jì)性使其更適用于酶的

催化劑概述逡逑催化反應(yīng)是藤島昭教授在１９６７年發(fā)現(xiàn)的。光催化，宏觀上來講，和自然逡逑合作用互逆。光催化技術(shù)依靠太陽能可以有效保證環(huán)境清潔。原理是光逡逑光催化劑能對(duì)污染物進(jìn)行氧化或者還原，從而達(dá)到降解的目的。光催化技逡逑為“當(dāng)今世界最理想的環(huán)境凈化技術(shù)”。逡逑光催化技術(shù)本身存在一些缺陷限制著它的發(fā)展。如：光催化劑制備條件嚴(yán)逡逑受光腐蝕，回收困難，成本高，可利用的太陽能范圍窄，反應(yīng)^u始后難以逡逑光生電子空穴易復(fù)合等。總體來講，為了光催化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，首先逡逑決兩個(gè)方面的問題：一是如何避免電子／空穴的重新結(jié)合。二是如何擴(kuò)大逡逑劑對(duì)光能的利用范疇。逡逑導(dǎo)體材料光催化劑逡逑種金屬氧化物或者硫化物半導(dǎo)體，均能用作光觸媒。其中，，二氧化鈦（Ｔｉ０２）逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TB383.1

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1 吳謙;聶小春;g

本文編號(hào)：2645954