无机载体固定化脂肪酶及其催化制备生物柴油性能

【摘要】：本论文分别使用葡萄糖酸改性的磁性颗粒及由玉米芯制备的功能碳基材料做载体，研究了固定化脂肪酶制备技术。利用FT-IR、XRD、SEM对固定化载体进行了表征，系统考察了其作为催化剂在生物柴油制备中的应用。结果表明固定化提高了脂肪酶的热稳定性，pH稳定性、重复使用性、贮藏稳定性；催化制备生物柴油的性能良好，为生物柴油制备提供耐热、高效、快捷、稳定的新载体、新方法和新技术。 论文主要研究内容如下： 1.采用化学共沉淀法合成Fe3O4纳米颗粒，用葡萄糖酸对磁性纳米颗粒表面进行了修饰，并利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶转变红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)对修饰前后的Fe3O4纳米颗粒进行了表征，实验结果表明：磁性纳米颗粒粒径分布均匀、单分散性好，改性后其表面具有相应的官能团。 2.将游离南极假丝酵母脂肪酶化学共价结合到葡萄糖酸修饰的Fe3O4纳米颗粒表面，分别测定了固定化脂肪酶和游离酶的热稳定性、酸碱稳定性、反复使用活性及贮藏稳定性。由实验得出：与游离酶对比，固定化酶的各种操作稳定性均大幅提高。 3.以玉米芯为原料利用水热法制备功能碳基材料。考察不同种类，不同浓度的无机酸，如磷酸、盐酸、硫酸等，对制备功能碳基材料的影响。研究结果表明在反应体系中加入无机酸，得到的碳材料表面含有丰富功能基团，有利于脂肪酶的固定化。 4.使用功能碳基材料为载体，对脂肪酶进行固定。测定了固定化脂肪酶和游离酶的热稳定性、酸碱稳定性、反复使用活性及贮藏稳定性,与游离酶相比，固定化酶的热稳定性、pH稳定性、重复使用率、贮藏稳定性有所提高。 5.考察了固定化脂肪酶在催化制备生物柴油时的热稳定性，酸碱稳定性，重复利用率及贮藏稳定性。结果显示：与游离酶比较固定化酶在生物柴油制备过程中具有很高的催化活性和稳定性，有着广阔的研究和应用前景。 6.利用自制的固定化脂肪酶为催化剂，考察了各种因素对大豆油与甲醇进行酯交换反应影响。得到制备生物柴油的最佳反应工艺条件为：固定化酶用量20%(w/w)，醇油摩尔比为3:1(甲醇分三等份，分别在0h，4h，8h加入)，含水量20%(v/v)，溶剂为正己烷，反应温度40℃；在此条件下反应12h后，脂肪酸甲酯的最高产率可达70%。常见金属离子对固定化酶的活力影响较小。