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pet降解催化剂的设计和性能研究

PET降解催化剂的设计和性能研究

作者：马欣悦北京化工大学

学位级别：硕士

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,简称pet)是一种常见的热塑性聚酯,因其具有良好的性能被应用于包装、绝缘等领域。pet具有很高的化学稳定性,极易造成废弃pet的环境累积,从而导致严重的环境问题。因此如何回收、降解PE... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,简称pet)是一种常见的热塑性聚酯,因其具有良好的性能被应用于包装、绝缘等领域。pet具有很高的化学稳定性,极易造成废弃pet的环境累积,从而导致严重的环境问题。因此如何回收、降解pet来实现聚酯的循环利用一直是人们关心的热门问题。离子液体具有的阳离子和阴离子都能与反应物相互作用,这些相互作用能够促进pet降解,使离子液体具有优异的催化性能。本文以二乙烯三胺为基础合成了一系列催化剂,希望通过这类离子液体的阴阳离子协同催化作用促进pet的降解。本文以二乙烯三胺为基础合成了一系列非金属离子液体([DETA]OAc、[DETA]IM、[DETA]PhO、[TETA]PhO、[TETA]IM),并将这些离子液体作为乙二醇醇解pet的催化剂使用,借助红外光谱和核磁共振分析方法测试验证了这几种离子液体的结构。在相同的条件下进行实验,发现[DETA]OAc具有最好的催化活性。经过单因素分析法,得出[DETA]OAc的最优反应条件为:反应温度195℃、反应时间90 min、催化剂使用量0.2g、乙二醇使用量30 g、pet加入量5 g。在以上条件下,单体产率达到了82.69%。使用DFT计算了[DETA]OAc与乙二醇作用后的结构,发现催化剂与乙二醇中的羟基氧作用产生氢键,将羟基上O-H的距离从0.96273(?)拉长到0.96454(?),使乙二醇中羟基氧的电负性增大,增强了乙二醇的亲核攻击能力,从而攻击pet中的酯键,乙二醇脱离的羟基氢入侵pet酯键的C-O单键,达到降解效果。本文向催化剂中引入了过渡金属盐,在相同的条件下比较了含有五种不同金属阴离子的离子液体([DETA]OAc/Zn(OAc)、[DETA]OAc/Co(OAc)、[DETA]OAc/Mn(OAc)、[DETA]OAc/Ni(OAc)、[DETA]OAc/Cu(OAc))作为催化剂降解pet的能力。发现含有金属锌的离子液体具有最佳的催化效果。在反应温度195℃,反应时间15 min、催化剂使用量0.1 g,乙二醇使用量20 g,pet加入量5 g的实验条件下,该含有锌的离子液体具有最高的催化活性,降解实验达到了100%的转化率和80.78%的产率。在相同的条件下,改变离子液体中金属盐的加入比例进一步进行降解实验,经单因素研究结果表明催化剂的最优反应条件是:反应温度195℃、反应时间15 min、催化剂使用量0.1 g、乙二醇使用量20g、pet加入量5 g。此时反应达到了100%的转化率和83.39%的产率。在经过五次循环使用后,BHET单体的产率和选择性略有下降,但仍有良好的催化活性。探究了在[DETA]OAc/2[Zn(OAc)]的作用下,pet的乙二醇醇解反应动力学,研究结果表明该反应是一级反应,反应的活化能Ea是162.2 kJ/mol。

关键词： pet降解乙二醇离子液体催化剂

聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）降解酶的活性改造及酶学性质研究

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聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解酶的活性改造及酶学性质研究

作者：贺瑾杭州师范大学

学位级别：硕士

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephalate,pet)是目前使用量最多的塑料,同时也是白色污染的主要来源之一,酶法降解pet是一种潜在的绿色、高效、温和、可持续的解决塑料污染问题的方法。本课题以目前对无定形pet(Gf-pet)降解活力... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephalate,pet)是目前使用量最多的塑料,同时也是白色污染的主要来源之一,酶法降解pet是一种潜在的绿色、高效、温和、可持续的解决塑料污染问题的方法。本课题以目前对无定形pet(Gf-pet)降解活力最高的pet水解酶—叶枝堆肥角质酶(LCC)的最佳突变体ICCM为基础,通过半理性设计进一步提高其降解pet的能力。首先基于LCC晶体结构,通过分子对接、分子动力学模拟和自由能分解识别可能影响ICCM与pet模型分子2-HE(MHET)结合的关键氨基酸位点D193、A209和S241,利用定点饱和突变和组合突变技术获得活性最佳的单突变体p ET-24b-ICCM-W、双突变体p ET-24b-ICCM-MW和三突变体p ET-24b-ICCM-MRR。三种突变酶对Gf-pet的降解效率分别是野生型ICCM的6.74,7.49和9.17倍。进一步对活力最高的三突变体MRR进行最适反应条件及酶学性质研究,结果表明:MRR最适反应温度为70℃,最适反应p H为8.0,最适细胞浓度为20mg/m L,MRR全细胞的催化效率比粗酶液高1.35倍;MRR蛋白的热稳定性和p H稳定性较好,55℃保温48 h,酶活性保持60%以上,在p H 6.5-8.5条件下保存48 h,酶活性保持80%以上。5 m M的金属离子Ba、Mn和Mg对MRR具有一定的激活作用,同时MRR对不同浓度的咪唑、EDTA和DMSO表现出较好的溶剂耐受性。基于优化后的反应条件,建立了MRR对1%不规则Gf-pet薄膜降解的小试反应工艺。MRR反应28 h的产物转化率达94.16%,是野生型ICCM的4.75倍;反应36 h后补加1 g细胞并持续反应1 h,MRR实现了对Gf-pet薄膜的完全降解,总转化率达100%。相同条件下,ICCM持续反应36 h对Gf-pet薄膜的总转化率为55.56%。本研究成功获得了具有应用前景的pet水解酶突变体,对实现塑料的绿色降解和循环利用具有重要意义。

关键词： pet pet降解 ICCM 半理性设计自由能分解

一个高效pet塑料降解酶在毕赤酵母中的表达及酶学性质的研究

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一个高效PET塑料降解酶在毕赤酵母中的表达及酶学性质的研究

作者：龙鑫湖北大学

学位级别：硕士

目前,聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料(ployethylene terephthalate,pet)的广泛使用对生态环境造成严重污染,因此生物降解这种更加绿色环保的降解方式引起了国内外的广泛关注,由于受到活性低、表达量少、不耐热等因素的影响,限制了它在工业上... 详细信息

目前,聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料(ployethylene terephthalate,pet)的广泛使用对生态环境造成严重污染,因此生物降解这种更加绿色环保的降解方式引起了国内外的广泛关注,由于受到活性低、表达量少、不耐热等因素的影响,限制了它在工业上的应用。Ispetase是日本Kohei Oda研究团队从一种名为Ideonella sakaiensis的细菌中发现的一种pet塑料解聚酶,研究发现野生型的Ispetase活性有限并且不稳定,经一些团队研发出来的由野生型Ispetase突变而来Hotpetase和FAST-petase表现出优异的pet水解活性。本实验在大肠杆菌和毕赤酵母系统中成功表达蛋白并纯化出了纯度较高的蛋白,在毕赤酵母系统中Hotpetase的表达量低于FAST-petase。为了对两者的活性进行比较,在Hotpetase和FAST-petase最适反应条件下进行了酶活性的测试,实验结果表明FAST-petase的活性高于Hotpetase,所以后期的工作中主要对FAST-petase进行研究。对P.pastors和E.coli表达的FAST-petase的活性进行比较,发现P.pastors表达的酶活性更高。通过分子生物学的方法来提高FAST-petase蛋白的表达量。主要用到的方法有:优化密码子;基因的高拷贝,使用1000μg/mL的抗生素浓度筛选到一个表达量较高的菌株1000-6;加分子伴侣共表达,实验中用到了PDI,HAC,ERO1这3个分子伴侣,在分子伴侣和1000-6共表达的过程中筛选到一个高表达菌株ERO1-9。将筛选到的ERO1-9菌株在发酵罐中进行扩大培养,菌体湿重达到0.33g/mL,蛋白产量达到1.78 mg/mL。

关键词： pet pet降解 Ispetase Hotpetase FAST-petase 蛋白表达

双酸型离子液体催化体系制备及降解pet的研究

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双酸型离子液体催化体系制备及降解PET的研究

作者：石开宇沈阳工业大学

学位级别：硕士

人类每年所生产并使用的塑料制品总量巨大远远超过自然界所能承受的范围。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)因其优异的综合性能而被广泛应用在包装、服装、机械、电子、汽车等行业领域。但由于pet聚酯使用后的废品量巨大,且对大气和微生物试... 详细信息

人类每年所生产并使用的塑料制品总量巨大远远超过自然界所能承受的范围。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)因其优异的综合性能而被广泛应用在包装、服装、机械、电子、汽车等行业领域。但由于pet聚酯使用后的废品量巨大,且对大气和微生物试剂有极强的抵抗性,其自然分解周期在48年以上,因此pet废弃物有效降解已成为当今社会急需解决的问题之一。离子液体因具有独特的性能而被广泛应用于催化、萃取、材料制备与合成。本课题通过改变离子化合物烷基侧链长度及稳定性设计并制备出一系列具有Br(?)nsted-Lewis双重酸性的离子液体催化剂,并应用于聚对苯二甲酸乙二醇酯的醇解反应,以醇解率和产物对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)收率为评价指标,考察双酸型离子液体催化剂降解pet的性能。期待这类双酸型离子液体催化剂能够在未来的工业化催化聚酯降解项目上在技术方面有所突破。第一种类型是以1,3-丙烷磺酸内酯和吡啶为原料制备的N-3-磺酸基-丙基吡啶氯盐体系。实验数据表明,所选用Lewis酸性盐最优品种为Fe Cl,最佳工艺为反应温度为210℃、反应时间为8h、最佳催化剂用量为2.7%。在最佳反应工艺条件下pet醇解率达到97.6%,BHET收率达到94.2%,在此反应条件下催化剂循环使用6次仍可保持较高的催化活性。第二种类型是以1,4-丁烷磺酸内酯和N-甲基咪唑为原料制备的1-丁基磺酸-3-甲基咪唑氯盐体系。实验数据表明,效果最好的Lewis酸性盐仍是Fe Cl,最佳工艺为反应温度为220℃、反应时间为10h、最佳催化剂用量为2.7%。在最佳反应工艺条件下pet醇解率达到95.3%,BHET收率达到93.1%,在此反应条件下催化剂循环使用6次仍可保持较高的催化活性。第三种类型是以1,3-丙烷磺酸内酯和N-甲基咪唑为原料制备的1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐体系,其与Fe Cl复合后对pet的降解效果优于前两种类型,最佳工艺为反应温度为190℃、反应时间为6h、催化剂用量为2.7%,该条件下得到的pet醇解率达到98.7%,BHET收率达到95.5%,且循环使用6次仍可保持较高的催化活性。这是因为与前两种类型的催化剂结构相比,该类型催化剂通过改变分子链结构和杂环阳离子烷基侧链长度使Br(?)nsted-Lewis双酸位点距离得以调整,在催化过程中展示出更好地协同作用。通过进行正交试验,探究反应时间、反应温度以及催化剂用量的交互作用对pet醇解率和BHET收率的影响,结果表明三因素影响效果针对pet醇解率的影响程度为:反应时间>催化剂用量>反应温度,针对BHET收率影响程度为:催化剂用量>反应时间>反应温度,即最佳反应工艺条件针对pet醇解率为ABC,即反应温度为190℃,反应时间为7h,催化剂用量为2.7%,针对BHET收率为ABC,即反应温度为190℃,反应时间为7h,催化剂用量为3.3%为最佳催化工艺。同时通过进一步的产物表征揭示了醇解反应的机理。通过进行传统催化剂与双酸型离子液体催化剂催化性能对比证明双酸型离子液体催化剂在催化性能上较传统催化剂和单酸性催化剂有显著的提高。再以瓶片聚酯为处理对象利用双酸型离子液体催化剂对其进行了降解反应,在反应温度为190C,反应时间为6h,催化剂的用量为2.7%的条件下,1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯铁酸盐催化剂催化瓶级聚酯乙二醇降解反应pet醇解率达到了93.40%,BHET收率达到了91.52%。

关键词：双酸型离子液体催化剂 pet降解醇解率 BHET收率

通过蛋白质工程提高聚酯水解酶对pet塑料的降解效率

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Engineering 2018年第6期 309-321页

作者：马渊姚明东李炳志丁明珠何博陈思周晓元英进 Key Laboratory of Systems Bioengineering (Ministry of Education) School of Chemical Engineering and TechnologyTianjin University SynBio Research Platform Collaborative Innovation Center of Chemical Science and EngineeringTianjin University

来自Ideonella sakaiensis的聚对苯二甲酸乙二醇酯水解酶(petase)在室温下具有很强的降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的能力,因此被认为是解决聚酯塑料污染问题的潜在工具。在本研究中,基于petase和底物2pet结合时的相互作用模型,分析了P... 详细信息

来自Ideonella sakaiensis的聚对苯二甲酸乙二醇酯水解酶(petase)在室温下具有很强的降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的能力,因此被认为是解决聚酯塑料污染问题的潜在工具。在本研究中,基于petase和底物2pet结合时的相互作用模型,分析了petase与底物2pet之间的相互作用,从而对底物结合沟壑周围的六个关键残基进行改造。为了更加快速地筛选突变体酶的活性,本研究利用无细胞蛋白表达体系对设计的petase突变体进行高通量的表达和验证。最终发现三种突变体(R61A、L88F和I179F)的酶活性相比野生型分别提高了1.4倍、2.1倍和2.5倍。其中,I179F突变体的酶活性最高,降解效率为22.5 mg·μmol·d。因此,本研究通过蛋白质工程对petase的关键疏水位点进行设计和改造,获得了降解效果提高的酶突变体,并进一步证实了其生物降解塑料的潜力。

关键词：聚酯酶 pet水解酶 pet降解无细胞蛋白质合成

典型过渡金属有机配合物在催化醇解pet中的应用基础研究

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典型过渡金属有机配合物在催化醇解PET中的应用基础研究

作者：申传超北京化工大学

学位级别：硕士

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是一种应用广泛的工程塑料,有着良好的稳定性和耐腐蚀性,但在自然环境中难以降解。因此pet降解一直是国际上研究的热点问题。本文利用N-烷基咪唑和过渡金属盐(氯化锌,氯化锰,氯化钴,氯化镍)制备了一系列配合... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是一种应用广泛的工程塑料,有着良好的稳定性和耐腐蚀性,但在自然环境中难以降解。因此pet降解一直是国际上研究的热点问题。本文利用N-烷基咪唑和过渡金属盐(氯化锌,氯化锰,氯化钴,氯化镍)制备了一系列配合物催化剂,并探究了配合物在pet乙二醇醇解中的催化效果;进一步制备了过渡金属配合物功能化的离子液体,并探究其在pet乙二醇醇解中的催化效果。全文研究内容如下:1.合成了9种过渡金属有机配合物用于pet的乙二醇醇解研究。在相同的反应条件下比较了各种配合物的催化活性,研究发现Zn(Mim)Cl是催化效果最好的过渡金属有机配合物。本实验采用的最佳反应条件为反应温度195°C,反应时间30 min,催化剂用量0.05 g,pet用量5 g,乙二醇用量30 g。最佳反应条件下,产物BHET的收率高达90.1%。催化剂循环五次,BHET选择性仍有81.4%。2.合成了五种离子液体Zn(Pim)Cl,Zn(Pim)ClDCA,Zn(Pim)ClOAc,Zn(Pim)ClTfo,Zn(Pim)ClTFSI用于pet的乙二醇醇解中。在相同的反应条件下,探究离子液体在该反应中的催化活性,确定Zn(Pim)ClDCA为催化活性最好的催化剂。本文进一步探究了影响反应的各个因素,确定最佳反应条件如下:反应温度180°C,反应时间20 min,催化剂用量0.3 g,pet用量5 g,乙二醇用量30 g。在最佳反应条件下,产物BHET收率高达90.2%。催化剂循环五次,BHET选择性仍有83.7%。本文同时探究了相对温和条件下,Zn(Pim)ClDCA催化pet乙二醇醇解的效果。催化剂用量为0.5 g,pet5 g,乙二醇30 g,乙二醇在140°C下反应10 h,pet转化率100%,BHET收率达88.7%。

关键词： pet降解乙二醇醇解法配合物离子液体

氮化碳基复合光催化剂的制备及光催化析氢耦合微塑料降解性能研究

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氮化碳基复合光催化剂的制备及光催化析氢耦合微塑料降解性能研究

作者：刘璇南京理工大学

学位级别：硕士

近些年来,能源短缺问题引起了人们的广泛关注,将太阳能转化为可再生的氢能被认为是解决这些问题的一个有希望的途径之一。氢气（H）作为一种清洁能源,广泛应用于各种领域。为了满足对氢气日益增长的需求,研究者们提出了很多提高氢气含... 详细信息

近些年来,能源短缺问题引起了人们的广泛关注,将太阳能转化为可再生的氢能被认为是解决这些问题的一个有希望的途径之一。氢气（H）作为一种清洁能源,广泛应用于各种领域。为了满足对氢气日益增长的需求,研究者们提出了很多提高氢气含量的策略,其中光催化水分解被认为是一种理想的方法。然而,光催化分解水析氢的活性因受到了电荷分离能力差和水氧化动力学缓慢的影响而被大大限制。针对这些问题,研究人员通常用牺牲剂如乳酸、三乙醇胺和甲醇的氧化来取代光催化过程中HO氧化的半反应来加快H的析出效率。然而,这些高附加值的牺牲剂最终被氧化成利用价值低的小分子化合物很难进行回收利用,这极大地提高了光催化光解水析H的生成成本。因此,研究光催化光解水析H与其它材料氧化半反应的协同作用更加符合清洁能源和可持续发展战略。随着现代社会的发展,越来越多的塑料制品因成本低廉和便捷等优点被大量使用导致“白色污染”日益严峻。因此,回收再利用废弃塑料制品,实现微塑料的高效降解协同产氢,是解决白色污染和能源短缺问题的非常值得研究的课题。在此,本文以氮化碳为基底,对其进行了结构和组分方面的调控,制备了具有较强电荷分离能力、光吸收能力及能带结构可调节的氮化碳基改性催化剂,并由此展开了一系列光催化分解水析H耦合微塑料降解性能的研究,主要内容如下:首先,本文以三聚氰胺为原料,采用直接加热法制备了PCN并采用水热合成法将其与钒酸铋（BiVO）进行复合,构建了BiVO/PCN复合光催化剂,研究其光催化析H耦合pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）降解性能。结果表明,PCN质量分数为60%时,BiVO/PCN催化剂的催化性能最好,析氢速率为1.60 mmol·g·h。然后,本文以毒性更小更加环保安全的双氰胺和碘化钾为原材料,采用直接加热法制备了聚氮化碳（PCN）和碘离子诱导下聚合度不同的类均相氮化碳（TP-PCN）,并测试了它们的光催化析氢活性。且使用XRD衍射仪、红外光谱、固体紫外、接触角测试、透射/扫描电镜、电化学测试、光致发光光谱等表征方法,分析了TP-PCN与PCN的表面形貌、微观结构、亲水性、能带结构、电荷分离能力等因素对其光催化析氢耦合pet降解活性的影响。研究结果表明,在可见光条件下,合成的光催化剂在碱性pet溶液中析氢速率最高可达600.3μmol·g·h,表现出了优异的光催化活性,主要是由于其活性位点的增加以及亲水性和电荷分离能力的提高。为了进一步增强光生电子-空穴的分离能力,提升光催化析氢耦合pet降解速率,本文构建了ZnCdS/TP-PCN催化剂。研究表明,负载ZnCdS后催化剂的光催化产氢耦合pet降解活性大大提高,且当TP-PCN的质量比为35%时,催化剂的性能最好,其光催化析氢速率达到2.83 mmol·g·h。由液体核磁测试结果可知,pet被氧化降解成许多有价值的有机小分子如乙酸、甲醇和乙醇等。由XRD衍射和扫描电镜等测试结果可知,ZnCdS是一种深色的纳米颗粒,当它聚集在一起时可以形成小的纳米簇。包裹在这些纳米颗粒和黑色小团簇周围的是浅色的TP-PCN,二者形成了异质结。固体紫外、电化学测试及光致发光光谱结果表明,ZnCdS的负载增强了光催化剂的氧化还原能力,且形成的异质结不仅能加速TP-PCN与ZnCdS之间的电荷分离和转移,而且还能抑制光腐蚀,提升催化剂的光催化性能。

关键词： H2析出 pet降解光催化氮化碳基催化剂机制

超重力法制备ZIF-L纳米片及其应用性能研究

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超重力法制备ZIF-L纳米片及其应用性能研究

作者：张丛北京化工大学

学位级别：硕士

近年来,MOFs纳米片(二维金属有机框架材料)受到了越来越多的关注,它结合了MOFs的优异性能与二维纳米材料独特的物理化学性质,如巨大的比表面积、超薄的厚度和丰富的可达活性位点等。然而,高质量MOFs纳米片的可控制备仍是巨大挑战。ZIF-... 详细信息

近年来,MOFs纳米片(二维金属有机框架材料)受到了越来越多的关注,它结合了MOFs的优异性能与二维纳米材料独特的物理化学性质,如巨大的比表面积、超薄的厚度和丰富的可达活性位点等。然而,高质量MOFs纳米片的可控制备仍是巨大挑战。ZIF-L因其化学性能优异,应用领域广泛而成为一种广为研究的MOFs纳米片。鉴于此,本论文提出采用超重力法高效制备ZIF-L纳米片。主要考察了转速、温度、时间等工艺参数对最终产物形貌、尺寸和厚度等的影响;进一步探究了ZIF-L纳米片催化Knoevenagel缩合反应和催化降解pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的应用性能。全文的主要研究内容和结果如下:1、基于旋转填充床反应器,采用超重力法可控制备ZIF-L纳米片。重点探究了不同工艺条件对纳米片的形貌、大小和厚度等的影响规律,结果表明:反应温度对合成纳米片形貌的影响大,在25-75°C内改变温度可以调控纳米片的形貌,但过高的温度(如75°C)不利于ZIF-L纳米片的形成;在相同的生长时间下,随着超重力循环时间的延长,颗粒尺寸变小;超重力转速和进料流率对纳米片的尺寸影响不明显。基于上述研究,确定了较优制备工艺条件:超重力转速为2500 rpm,进料流率为150 m L·min,循环时间为20 min,生长时间为45 min,温度为25°C。较优条件下,超重力法制备的纳米片平均粒径约为3.7μm,平均厚度约为130 nm,BET比表面积为308.63 m·g。与搅拌釜法相比,超重力法合成的ZIF-L纳米片尺寸更小,粒径和厚度分布更窄,比表面积更大,合成时间更短。2、研究了ZIF-L纳米片催化Knoevenagel缩合反应的应用性能。主要考察了不同反应条件对催化效率的影响,结果表明:随着催化剂用量和丙二腈添加量的增加,苯甲醛的转化率增加;叶状和花状形貌的纳米片催化效率更高;不同取代基的醛作为反应底物对反应体系的反应速率影响较大。较优的催化条件:在选用苯甲醛作为反应底物的条件下,ZIF-L/苯甲醛摩尔比为3.5 mol%,苯甲醛/丙二腈摩尔比值为1:1.9,反应2 h,苯甲醛转化率达99.25%。相比搅拌釜法产品(87.40%),超重力法产品(99.25%)苯甲醛转化率提高约12%。此外,ZIF-L纳米片具有良好的循环回收性能。3、研究了ZIF-L纳米片催化降解pet的应用性能。主要考察了不同反应条件对pet降解效果的影响,结果表明:pet的转化率随催化剂用量和降解剂乙二醇(EG)的增加而增加,随反应时间的延长而增大,随反应温度的升高而显著增加。较优的催化降解条件:ZIF-L/pet质量比为0.2%,EG/pet质量比为10,在195°C下降解15 min,pet转化率达95.16%,降解30 min,pet转化率达99.86%。相比搅拌釜法产品(59.48%),超重力法产品(72.30%)pet转化率提高约12%。

关键词：超重力技术二维金属有机框架材料 ZIF-L纳米片 Knoevenagel缩合反应 pet降解

pet水解酶的修饰：单体性质对修饰酶的影响

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PET水解酶的修饰：单体性质对修饰酶的影响

作者：全铭沁天津大学

学位级别：硕士

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是现代社会广泛应用的一类塑料材料。pet结构中的酯键作用使其化学性质十分稳定,不易自然降解,故pet废弃物在环境中的大量积累对人类健康和生态系统带来严重威胁。酶解是pet降解和循环利用的有效途径。近年发... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是现代社会广泛应用的一类塑料材料。pet结构中的酯键作用使其化学性质十分稳定,不易自然降解,故pet废弃物在环境中的大量积累对人类健康和生态系统带来严重威胁。酶解是pet降解和循环利用的有效途径。近年发现的pet水解酶(petase)可在常温下高效降解pet,但酶活性和热稳定性有待提高。本文提出利用化学修饰方法改善petase的酶学性能,通过利用不同亲疏水性和荷电性质的单体对其进行聚合修饰,以期获得具有较高活性和热稳定性的修饰酶。选择用于修饰petase的单体包括:疏水性单体甲基丙烯酸叔丁酯(TBMA)、亲水性单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、正电荷单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)和负电荷单体甲基丙烯酸(MA)。各单体的接枝修饰率均较低,约2.9～5.4单体/酶分子。研究表明,以对苯二酸双(羟乙)酯(BHET)为底物,各修饰酶降解活性均高于petase(对petase酶活的比值为1.4～2.7)。其中,DMAEMA-petase活性最高,达petase的2.7倍,催化效率(k/K)是petase的1.6倍。修饰后酶的最适温度没有明显变化,但修饰酶的热稳定性和p H耐受性均优于petase,其中TBMA-petase的热稳定性最高。圆二色光谱和荧光光谱分析表明,与petase相比,修饰酶的二、三级结构更加致密和稳定,这可能是修饰酶热稳定性提高的主要原因。为了考察修饰酶的实际应用效果,以pet薄膜为底物进行6天持续降解分析。四种修饰酶在30°C和40°C均显示出显著增强的pet降解性能,其中TBMA-petase效果最佳,比petase提高了2.6倍。这一方面是由于TBMA-petase较高的热稳定性,使其持续降解反应过程中保持较高的酶活性;另一方面可能是由于TBMA的疏水性增强了修饰酶与pet的亲和作用,提高了酶对pet的催化反应能力。本文研究结果表明,化学修饰是提高petase性能的有效途径。选择合适的修饰方法和聚合物进行修饰,有望获得性能更高的petase修饰产品。

关键词： petase 修饰活性稳定性 pet降解