二氧化硅大孔材料的表面改性及应用

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硅基大孔材料因具有较大的孔径、良好的通透性,且表面含有丰富的羟基,在离子吸附和生物催化剂载体等方面的应用受到越来越多的关注。本论文对一种新型二氧化硅大孔材料进行了表面改性,研究了改性二氧化硅大孔材料对水体中重金属离子的吸附性能;将改性二氧化硅大孔材料用于漆酶的固定化研究,考察了漆酶的固定化条件和固定化漆酶的性质;最后研究了固定化漆酶对酚类化合物的降解作用。1.以具有三维骨架结构的环氧树脂大孔聚合物为整体型模板,利用硅酸酯原位水解和高温烧结制备出大尺寸SiO2大孔材料。分别在水热和溶剂热条件下,用铝酸钠和3-氨丙基三乙氧基硅烷对SiO2大孔材料进行表面改性,得到改性大孔材料(Al-SiO2和H2N-SiO2)。用SEM、TEM、XPS、FTIR等对制备的大孔材料进行了表征。以Cu2+和Pb2+为模拟污染物,研究了改性大孔材料的吸附性能。结果表明:室温下,在pH值为6.5时改性大孔材料能有效吸附Cu2+和Pb2+;吸附为放热自发过程;吸附过程符合准二级动力学方程;吸附等温线用Freundlich方程拟合的结果优于Langmuir方程,Al-SiO2对Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为71mg·g-1和138mg·g-1,H2N-SiO2对Cu2+和Pb2+的理论最大吸附量分别为76.0mg·g-1和143mg·g-1;Al-SiO2和H2N-SiO2对50mg·L-1水溶液中Pb2+的去除率分别达到95.3%和99.4%,重复使用3次后对Pb2+的去除率分别保持在89.8%和87.8%。2.分别以表面固定Cu2+、Fe3+和Zn2+的改性SiO2大孔材料(Cu2+-Al-SiO2,Fe3+-Al-SiO2和Zn2+-Al-SiO2)作为载体,考察了时间、pH和给酶量对漆酶固定化效果的影响,并对固定化漆酶的活性和稳定性进行了研究。结果表明:5h时吸附达到平衡;用Cu2+-Al-SiO2固定化漆酶,在pH为4.5、漆酶与载体质量比为5mg·g-1时酶活回收率最高,达到100.4%;用Fe3+-Al-SiO2和Zn2+-Al-SiO2固定化漆酶,在pH为4、漆酶与载体质量比为2.5mg·g-1时酶活回收率最高,分别为96.8%和95.4%;固定化漆酶的最适pH和最适温度较游离漆酶的均有升高且范围变宽;固定化后,漆酶的pH稳定性和热稳定性都得到显著提高;固定化漆酶的Km值略高于游离漆酶的;固定化漆酶具有良好的操作稳定性。3.以自由漆酶和酶活回收率达到100.4%的固定化漆酶作为催化剂,研究了漆酶对邻氯苯酚(O-CP)的降解作用。结果表明:固定化载体的吸附作用对邻氯苯酚的去除率影响较小,影响去除率的主导因素是漆酶的催化降解作用;固定化漆酶和自由漆酶反应的最佳pH值分别为5和6,固定化漆酶的最佳pH值向酸性偏移;固定化漆酶和自由漆酶降解邻氯苯酚的最适温度均为50℃,对于10mg·L-1的邻氯苯酚溶液,去除率分别达到96.4%、98.2%;固定化漆酶对邻氯苯酚的降解率随初始浓度的增大先增大后减小,在10mg·L-1时达到最大值71.6%,而自由漆酶对邻氯苯酚的降解率随O-CP初始浓度增大而减小。
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