改性聚丙烯腈纳米纤维漆酶固定化及催化性能的研究

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本文首先通过静电纺丝技术获得PAN纳米纤维,采用盐酸羟胺溶液对其进行改性,以此得到偕胺肟基改性的PAN纤维(AOPAN);接下来,研究了与不同金属离子配合后的改性PAN纳米纤维对染料的催化性能;最后,以不同金属离子配合PAN纳米纤维(M-AOPAN)为载体,将漆酶固定于PAN纳米纤维上,研究了不同金属离子对漆酶固定性能的影响,以及固定化漆酶的催化性能。由静电纺制得的PAN纳米纤维经偕胺肟基改性后,红外光谱分析证实了改性后的PAN纳米纤维的表面成功引入了偕胺肟基团,从扫面电子显微镜的扫面结果可以看出,AOPAN纳米纤维表面形貌没有发生太大变化,没有发生断裂等损坏现象。再将AOPAN纳米纤维与金属盐溶液反应后,通过红外光谱分析证实了,AOPAN纳米纤维的偕胺肟基团与金属离子发生了配位反应;通过EDAX能谱分析,进一步证明了PAN纳米纤维上有金属离子的存在;通过SEM图像中,可以看出金属配合PAN纳米纤维(M-AOPAN)也保持良好的纤维状,同时经过强力测试也能证明改性后PAN纳米纤维强度并没有受到太大的损伤,有利于纤维膜的重复使用。四种金属离子(Fe3+、Cu2+、Co2+、Cd2+)配合的PAN纳米纤维膜都能与过氧化氢构成类Fenton催化体系催化氧化降解活性橙K-G染料,并可以得出金属离子配合PAN纳米纤维的催化能力由大到小的顺序为Fe-AOPAN>Cd-AOPAN>Co-AOPAN>Cu-AOPAN,这是由于负载在PAN纳米纤维上的金属离子得失电子的难易程度不同而造成的。增加M-AOPAN纳米纤维膜质量或金属离子配合量,都可以明显地提高纳米纤维催化剂对活性橙K-G染料降解的催化效果;实验证明M-AOPAN纳米纤维经2次重复使用后,仍然对降解活性橙K-G染料具有催化作用;最后,经过动力学研究,Fe-AOPAN纳米纤维对活性橙K-G染料的催化降解反应更容易达到平衡。M-AOPAN纳米纤维上的金属离子可以通过配位键将漆酶固定于纳米纤维上,制得固定化漆酶。实验结果显示固定化漆酶表现出更好的温度稳定性和pH稳定性,固定化漆酶的存储稳定性也表现出了优势,并且重复使用性能作为固定化酶的突出优势也得到了证实。通过催化实验证明,漆酶对活性红染料具有催化降解的作用,而且Fe3+对漆酶的催化活性表现抑制作用,Cu2+、Co2+和Cd2+对漆酶的催化活性基本没有影响;同时,由米氏方程分析结果表明,固定化漆酶的最大反应速度和与底物的亲和力都有所下降;最后,实验结果证明固定化漆酶经3次重复使用后催化性能略有降低。
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