（无机化学专业论文）介孔分子筛的形貌控制及其在酶固定和蛋白分离方面的应用.pdf

复旦丈学磷士学位论文 中文摘 摘要 在经历了十几年的发展历程之后，人们目前已经能在微观( 原子或分子) 、 介观和宏观尺度上分别对介孔材料实现一定程度的控制，目前介孔材料的发展方 向主要包括新型材料的探索合成、已有材料的改性和修饰、以及进一步丌发介孔 材料的工业应用。本论文开展了三部分的工作。( 1 ) 球形介孔材料的合成： ( 2 ) 介孔材料在蛋白分离方面的应用：( 3 ) 介孔材料在固定化酶方面的应用。 在第二章中，我们采用p 6 5 为结构导向剂，正硅酸乙酯为硅源，在酸性介质 中采用静置法成功地合成出了尺寸均一的介孔氧化硅球。通过改变合成温度、反 应时间、无机盐k c l 的加入量，可以在9 0 1 7 、6g m 之间调控介孔氧化硅球的直 径；通过改变合成温度、加入t m b 的量或者改变水热温度可以在2 3 4 8n r n 之 问调节介孔氧化硅球的孔径。考察了t e o s 用量对结果的影响，发现只有当 t e o s p 6 5 三1 ：o 0 3 ( 摩尔l l ) 时，所得产物才为表面光滑的球形颗粒。当介孔氧化 硅球的形貌尺寸一致时，随着孔径增加，对溶菌酶的吸附量和吸附速率都逐渐增 加；所得介孔氧化硅球只对直径小于其孔径的蛋臼才有明显的吸附，表明孔径均 匀可调的介孔氧化硅球材料可以很好地用作体积排阻色谱的固定相。除此之外， 我们还尝试了采用p 8 5 为结构导向剂来合成介孔氧化硅材料。 在第三章中，我们以s b a 一1 5 介孔分子筛作为分离纯化粉尘螨主要变应原 d e r 厂2 的层析基质，在其表面交联上离子交换基团d e a e ，使其既具有分子筛作 用，又具离子交换作用的特点，实验结果显示层析后从混合的变应原蛋白溶液中 获得单一洗脱峰，并经s d s p a g e 得一条谱带，其相对分子质量为1 4 0 0 0 ，表明 经分离纯化所得的蛋白质是粉尘螨主要变应原d e r f 2 。对螨性哮喘患者皮肤点刺 试验表明所得d e r 厂2 仍具有变应原活性。文献所用分离纯化d e r f 2 的方法步骤 多，耗时长，容易引起变应原失活，而本文仅通过一次柱色谱即得纯d e r 厂2 。我 们的结果表明：d e a e s b a 一1 5 是一种较好的离子交换层析剂；介孔分子筛s b a 一 1 5 也可以用作其它离子交换剂的基质材料。 在第四章中，我们考察了具有笼状结构介孔材料的窗口大小、s b a 1 5 系列 材料的形貌、温度、蛋白溶液初始浓度、平衡浓度和介孔材料表面羟基量对吸附 的影响。结果表明，对于f d u 一1 2 ，吸附速率主要受窗口大小的控制，而与笼大 复旦大学硕士学位论文 中文摘要 小无关；对于孔径、孔容等因素基本致的s b a 一1 5 系列介孔材料，仅仅因为宏 观形貌不同( 小棒状，麦穗状、介孔一大孔复合膜、块体) ，其对溶菌酶最大吸附 量可以相差约5 0 倍，吸附速率差异亦较大；对于棒状和传统的s b a 一1 5 ，吸附速 率均随温度升高而增大，对于棒状的s b a 一1 5 ，最大吸附量与温度无关，而对于 传统s b a 1 5 ，最大吸附量随温度升高而增加；实验结果表明吸附速率和最大吸 附量与溶菌酶的初始浓度无关；溶菌酶在棒状s b a 一1 5 上的吸附属于l a n g m u i r 单 层吸附，理论最大吸附量为4 9 0m g g ，脱附常数肠为0 0 0 7m g m l ，说明溶菌酶 和介孔分子筛之间有较强的作用力；对于捧状s b a 一1 5 ，材料表面的羟基量只对 吸附速率有影响，而对最大吸附量没有影响。 关键词：介孔材料，形貌控制，蛋白分离，固定化酶 墨呈奎兰鎏圭兰堡篁奎薹兰堡圣 a b s t r a c t t h ed i s c o v e r yo fo r d e r e dm e s o p o r o u sm a t e r i a l sh a so p e n e dan e we r ai nt h ef i e l d o fm a t e r i a ls c i e n c e d u r i n gt h ep a s td e c a d e s ，p r o g r e s sh a sb e e nm a d ei nt h ec o n t r o l l a b l e s y n t h e s i s o f m e s o p o r o u sm a t e r i a l s w i t hn o v e lc h e m i c a l c o m p o s i t i o n s ，v a r i o u s m e s e s t r u c t u r ea n da d j u s t a b l em o r p h o l o g i e s c u r r e n tr e s e a r c he f f o r t sh a v eb e e nf o c u s e d o nt h es y n t h e s i s ，f u n c t i o n a l i z a t i o na n da p p l i c a t i o n so fm e s o p o r o u sm a t e r i a l s t h e f e s e a r c hp r e s e n t e di nt h i st h e s i sc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ：( t ) t h es y n t h e s i so fm e s o p o r o u s s i l i c as p h e r e sw i t hc o n t r o l l e dp a r t i c l es i z ea n dt u n a b l ep o r es i z e ；( 2 ) f u n c t i o n a l i z a t i o no f m e s o p o r o u ss i l i c a s b a l5m a t e r i a l sb y2 - d i e t h y l a m i n o e t h a n o l ( d e a e ) a n dt h e i r a p p l i c a t i o n sa sw e a ka n i o ne x c h a n g em a t r i xf o rc h r o m a t o g r a p h yt op u r i f yd e rf 2 a l l e r g e nf r o mt h es p e n tc u l t u r em e d i u me x t r a c to fd e r m a t o p h a g o i d e sf a r i n a e ；( 3 ) t h e i m m o b i l i z a t i o nb e h a v i o ro f y s o z y m ei nm c s o p o r o u sm a t e r i a l s 、撕mc o n t r o l l e d m o r p h o l o g i e sh a sb e e ni n v e s t i g a t e d i nc h a p t e r2 ，an e wp r o c e d u r ef o rt h es y n t h e s i so fm e s o p o r o u ss i l i c as p h e r e sw i t h c o n t r o l l e dp a r t i c l es i z e ( 9 0 17 6 邺) a n dp o r es i z e ( 2 3 4 8n i n ) w a sd e v e l o p e d t h e s y n t h e s i sw a sc a r r i e do u tb ym i x i n gn o n i o n i cs u r f a c t a n te 0 2 0 p 0 3 0 e 0 2 0 ( p 6 5 ) a n dt e o s u n d e rs t a t i ca c i d i cc o n d i t i o n s 、t h es i z eo fs p h e r e sw a sc o n t r o l l e db ya d j u s t i n gt h e s y n t h e s i st e m p e r a t u r e ，t h es y n t h e s i st i m e ，a n dt h ea m o u n to f a d d e dk c i t h ep o r es i z e s o fo b t a i n e ds p h e r e sw e r ec o n t r o l l e db ya d d i n g1 ，3 ，5 一t r i m e t h y l b e n z e n e ( t m b ) o r c h a n g i n gt h eh y d r o t h e r m a lt e m p e r a t u r e t h ep o r es i z eo fs p h e r e sw e r ec h a r a c t e r i z e db y n i t r o g e na d s o r p t i o n - d e s o r p t i o na n a l y s i s , w h e r e a st h es i z eo f t h es p h e r e sw a sa n a l y z e d b ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) a n df l l r t h e rc o n f i r m e db yt h el a s e rs c a t t e r i n g p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n a l y z e r 。t h eb i n - i m m o b i l i z a t i o na b i l i t yo fm e s o p o r o u ss i l i c a s p h e r e sw a sc h a r a c t e r i z e db yp r o t e i na d s o r p t i o na n a l y s i s m e s o p o r o u ss i l i c as p h e r e s w i t ht h el a r g e s tp o r es i z eh 8r a n ) a m o n ga l lm a t e r i a l su n d e ri n v e s t i g a t i o ns h o w e da h i g h e s ts p e c i f i ci m m o b i l i z a t i o na m o u n to f l y s o z y m e ( 1 9 2m g g ) ，w h i l et h es p h e r e sw i t h s m a l l e rp o r es i z e ( ! - 4 3a m ) h a v em a r k e d l yl o wi m m o b i l i z a t i o na m o u n t ( 型2m e c g ) t h e s em e s o p o r o u ss i l i c as p h e r e sw i t hd i a m e t e r l oi x mi ns i z em a yb er e a d i l yu s e da sa g o o ds u b s t r a t ei nh i g l lp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) i nc h a p t e r3 ，m e s o p o r o u ss i l i c as b a 一1 5w a sf u n c t i o n a l i z e db y2 - d i e t h y l a m i n o 。 e t h a n o l ( d e a e ) t h r o u g ht h ee p o x i d er i n go p e n i n go f3 - g l y c i d y l o x y - p r o p y l - t r i m e t h o x y s i l a n eg r a f t e do nt h es i l i c as u r f a c e ( d e n n t e da sd e a e s b a ，1 5 ) s u b s e q u e n t l y ，d e a e - 皇呈奎兰堡圭兰竺篓圭；。 萎兰垫茎 s b a 一15w a su s e d 粥w e a ka n i o ne x c h a n g em a t r i xf o rc h r o m a t o g r a p h yt op u r i f yd e r f 2 a l l e r g e nf r o mt h es p e n tc u l t u r em e d i u me x t r a c to fd e r m a t o p h a g o i d e sf a r i n a e ，o n eo f h o u s ed u s tm i t e st h a tc a nc a u s eh e a v ya t o p i cd i s e a s e ss u c ha sa s t h m aa n dd e r m a t i t i s t h es t r u c t u r eo fd e a e s b a 一1 5w a sc o n f i r m e db y 3 ca n d2 9 s ic pm a sn m ra n d o t h e rm e t h o d s b ys d s - p a g e ，d e r f 2w a se s t i m a t e dt oh a v eam o l e c u l a rw e i g h to f14 k d aa n da p p e a r e da st h eo n l ys e p a r a t e dp r o t e i nb a n d t h ea s s a yr e s u l t so fs k i np r i c kt e s t s h o w e dt h a tt h ea l l e r g i ca c t i v i t yo fd e rf2w a sr e t a i n e d t h ea b o v er e s u l t si n d i c a t e d t h a td e a e s b a - 1 5m a t e r i a l sa r e p r o m i s i n gf i x e d m a t r i xc a n d i d a t e si nl i q u i d c h r o m a t o g r a p h yt op u r i f yp r o t e i n s i nc h a p t e r4 ，t h ei m m o b i l i z a t i o nb e h a v i o ro fl y s o z y m e ( l y z ) i nm e s o p o r o u s s i l i c a s ( m p s s ) w i t hc o n t r o l l e dm o r p h o l o g i e sh a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h ee f f e c t so f e n t r a n c ea m o u n t ( e a ) o nt h eq u a n t i t ya n dr a t eo fi m m o b i l i z a t i o no f e n z y m e sh a v eb e e n i n v e s t i g a t e dd u et ot h es u c c e s s f i dm o r p h o l o g i c a lc o n t r o lo fm p s s e ai n c r e a s e sw i t h t h ed e c r e a s eo fp a r t i c l es i z eo fm p s s ，l e a d i n gt oa s i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n to f i m m o b i l i z a t i o na b i l i t y r o d l i k es b a 一1 5 卜l - 2p mi nl e n g t h ) s h o w saf a s t e ra d s o r p t i o n r a t ea n dl a r g e ri m m o b i l i z a t i o na m o u n tt h a nt h a tf o rc o n v e n t i o n a ls b a 1 5 ( 2 0 川咀i n l e n g t h ) i ti so b s e r v e dt h a tt h ea d s o r p t i o nr a t eo fe n z y m ew i t h i nm p s si si n d e p e n d e n to f t h ei n i t i a le n z y m ec o n c e n t r a t i o n i n c r e a s i n gt e m p e r a t u r ef a v o r saf a s ti m m o b i l i z a t i o n p r o c e s so fl y zi n t om p s s am a x i m u me q u i l i b r i u ma d s o r p t i o na m o u n to fl y zi n t o r o d l i k es b a 一1 5i so b s e r v e dt ob e 4 9 0m g ga ta l lt e m p e r a t u r e su n d e rs t u d y ( 4 - 5 5 。c ) h o w e v e r ，f o rc o n - s b a 一1 5 ，t h i sm a x i m u me q u i l i b r i u ma d s o r p t i o na m o u n tc a n n o t b eo b s e r v e dw i t h i n4 8he v e na th i g ht e m p e r a t u r e as t r o n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nl y z a n dm p si so b s e r v e d ，r e s u l t i n gi nv e r ys m a l la m o u n to fl y zr e l e a s e db ym p s s s u c h c o n c l u s i o n sm a yb ei m p o r t a n tt ou n d e r s t a n dt h em e c h a n i s mo fp r o t e i ni m m o b i l i z a t i o n w i t h i nm p s sa n dp o t e n t i a l l yu s e f u lf o ra p p l i c a t i o n so fm p s si n b i o c a t a l y s t s o r b i o s e n s o r s k e yw o r d s ：m e s o p o r o u sm a t e r i a l s ，m o r p h o l o g yc o n t r o l ，p r o t e i ns e p a r a t i o n ，e n z y m e i m m o b i l i z a t i o n 论文中所涉及到的专业名词的缩写说明 试剂及样品缩写： c t a b ：十六烷基三甲基溴化铵 c t a c i ：十六烷基三甲基氯化铵 p e o p p o p e o ：聚氧乙烯醚一聚氧丙稀醚一聚氧乙烯醚 p l u r o n i cp 1 2 3 ：e 0 2 0 p 0 7 0 e 0 2 0 p l u r o n i cp 6 5 ：e q o p 0 3 0 e 0 2 0 p l u r o n i cp 8 5 ：e 0 2 6 p 0 3 9 e 0 2 6 p l u r o n i cf 1 2 7 ：e o l 0 6 p o t o e 0 1 0 6 t e o s ：正硅酸乙酯 m p t s ：巯丙基三甲氧基硅烷h s 一( c h 2 ) 3 s i ( o c h 3 ) 3 t m b ：l ，3 ，5 三甲苯 g p t s ：3 - 含氧缩水甘油基一丙基三甲氧基硅烷 p b ：磷酸缓冲液 珊粉尘螨代谢培养基浸液 d e r f x ( x = l ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ) ：粉尘螨第x 类变应原 d e a e ：二乙胺基乙基 l y z ：l y s o z y m e ( 溶菌酶) m m m ：m a c r o p o r o u s m e s o p o r o u sm e m b r a n e s ( 大孔一介孔复合膜材料) m m ：m e s o p o r o u sm o n o l i * h s ( 介孔块体材料) r o d s b a 一1 5 ：棒状s b a 一1 5 材料 c o n - s b a - 1 5 ：传统麦穗状s b a - 1 5 材料 仪器与表征方法缩写： x r d ：x 一射线衍射 b e t ：b a r r e t t e m m e t t ，t e l i t e r b j h ：b a r r e t t j o y n e r - h a l a n d a 2 9 s ic p m a sn m r ：2 9 s i 核磁共振( 交叉极化一魔角旋转) 1 3 cc p m a sn m r ：1 3 c 核磁共振( 交叉极化一魔角旋转) t e m ：透射电子显微镜 s e m ：扫描电子显微镜 u v - v i sd r s ：紫外可见漫反射光谱 t g ：热重分析 , s d s p a g e ：十二烷基硫酸钠- 聚丙烯酰氨凝胶电泳 第一章介孔分子筛材料及其应用概述 1 1 介孑l 分子筛的定义和发展 按照国际纯粹和应用化学联合会( i u p a c ) 的规定【l l ，多孔材料可以分为三类： 孔径小于2n l t l 为微孔材料，大于5 0n l n 被称为大孔材料，孔径处于2 5 0n l n 之间则 属于介孔材料。 1 9 9 2 年，m o b i l 公司k r e s g e 和b e c k 等 2 , 3 1 首先利用烷基季铵盐阳离子表面活性剂 为结构导向剂成功地合成出孔径在l 。5 1 0n m 范围可调的新型m 4 1 s 系列氧化硅 ( 铝) 基介孔分子筛。由于这类材料具有均一且在纳米尺度上连续可调的孔径、 较大的比表面积和孔体积、丰富的孔道结构、可控的形貌( 如球、膜、棒、纤维 等) 、可进行基团官能化的表面等一系列优点，因而在酶固定、蛋白分离、药物的 传递和控释、重金属离子吸附和分离、化学传感器、化工催化、环境保护以及纳 米材料的合成等领域展现出广阔的应用前景。 近年来，介孔分子筛的研究获得了蓬勃的发展。合成机理逐渐完善，新的合 成方法和表征手段时有出现，各种新组成、新结构介孑l 分子筛的合成屡有报道， 另外，介孔分子筛在实际应用方面的研究也同样取得了丰硕的成果。介孔材料被 誉为材料合成领域最激动人心的发现之一1 4 j 。 在本章中，我们重点综述了介孔分子筛的形貌控制及其表面功能化修饰和在 酶固定、蛋白分离方面的应用。 1 2 介孔分子筛的合成方法及合成机理 合成介孔分子筛的最常用方法是水热合成法，典型的合成体系由表面活性剂、 构成分子筛骨架的无机物种、溶剂和其他添加剂组成。在过去的十几年里，人们 通过调节各种反应参数，如表面活性剂的种类( 阳离子表厦活性剂、非离子表面 活性剂、阴离子表面活性剂和混合表面活性剂) 和浓度、无机物种的种类( 正硅 酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸钠等) 、反应体系的p h 值、温度、溶剂和添加剂( 均 三甲苯、醇等) 等等，制备了具有不同组成、不同结构、不同孔径的介孔材料。 在摸索和优化合成条件的同时，人们逐渐归纳发展起来一些合成机理，以期解释 现有的实验现象，进而指导和设计合成。具有代表性的合成机理包括以下两个。 第一个为由b e c k 等人【2 】提出的液晶模板机理( l i q u i d c r y s t a lt e m p l a t i n g m e c h a n i s m ，简记为l c t ) 。如图1 1 所示，途径a ：表面活性剂首先形成液晶相， 无机物种再在其周围聚集、沉积形成表面活性剂无机物神的规则排列；途径b ： 表面活性剂与无机物种同时形成复合的液晶相。 复旦大学硕士学位论文 第一常 图1 - lb e c k 等人提出的液晶模板机理 在介孔分子筛发展的初期，l c t 机理被广泛接受。但是随着对介孔分子筛的 深入研究，人们逐渐发现一些实验结果与l c t 机理不符。随后s t u c k y 小组根据新 的实验现象提出协同作用机理( c o o p e r a t i v cf o r m a t i o nm e c h a n i s m ，简记为c f m ) 5 , 6 1 ， 协同作用过程的主要驱动力本质上就是有机和无机物种之间的相互作用。s t u c k y 等人认为，硅酸根多聚体首先同有机结构导向剂通过电荷匹配作用，形成有机无 机胶束的聚集体，从而改变了无机层的电荷密度，这使得表面活性剂的疏水链相 互接近，无机物种和有机物种之间的电荷匹配控制表面活性剂的排列方式。这种 相互作用表现为胶束加速无机物种的缩聚过程和无机物种的缩聚反应对胶束形成 类液晶相有序结构的促进作用。胶束加速无机物种的缩聚过程主要由于两相界面 之间的相互作用( 如静电吸引力、氢键作用或配位键等) 导致无机物种在界面的缩 聚而产生。反应的进行将改变无机层的电荷密度，整个无机和有机组成的复合相 也随之而改变，最终的物相则由反应进行的程度而定。c f m 机理有助于解释介孔 分子筛合成中的诸多实验现象，具有一定的普遍性。 图1 2s t u c 时等人提出的协同作用机理 复旦大学硕士学位论文第一章 除了以上提到的水热合成法，此外还有挥发诱导自组装技术( e i s a ) t t - l o 制备 薄膜、单片、块体等，利用硬模板技术制备介孔碳 1 1 - 1 3 1 等。 1 3 介孔分子筛的组成和结构 硅基介孔分子筛是目前报道的最多的介孔材料。为了制备具有催化性能的介 孔材料，必须给氧化硅基底赋予一些酸性位和催化活性位点，常用的方法是金属 离子掺杂，a 1 、t i 、v 、b 、m n 、s n 、g a 、f e 、z r 、c r 、m o 、n b 等大量元素都成 功地掺杂到m c m 4 1 ，m c m 4 8 等介孔分子筛材料中【4 1 4 】。此外，文献报道的还有 碳 1 1 - 1 3 】、金属氧化物 8 , 1 5 - 2 0 、磷酸盐 2 0 3 0 1 、有机，无机杂化 3 1 - 5 3 1 等介孔分子筛材料。 图1 _ 3 总结了介孔材料的分类。 有序孔材料 o f 蜘dm t t o o o u l l t m t e t i $ l s 硅基 铷i 疆b - 巴d 非硅 n t m - i l i e t o d 纯硅：m ( x m 。s b a m s i p n 蜘i m 改性 m 口衄e d 掺杂：a 1 ， 1 i 。v ，m n f e b ，q l ，曲，q z n ，c d d 叩“ ， 有机分手肇怖：i 三甲氧基氯化硅烷( 1 m c 田， o f 单血m 删盯j 硪丙基三甲氧基硅烷( t m m p 曲 曲筒耐：i 磺睦化【m t 如啦i d 坤 l 乙博蕃( 勘) 固载金络合物 i m m o b i l i 矬t i o n m e t a l m p i e * 讳 垒氟酞菁钉( p f r h 日， 盒属卟噼( m p c ) ， 盒酸膏( m m p h t h a b c y a m o e ) ，t o i 。o - p 2 0 4 联毗睫盒属c m * t 蛆螂蚵矗d 0 ， 部菲咯啉金属o n 呷h 啤_ t h i d l 过班金属靴物：j 氧化话c 吐瑚面时氧化镘( a t , m l x ) 氧化锰( 山。社珥o x i 如， t t 帅i 如m 西d o 曲【氧化铌( 豳k 血a d 田氧化镥( i u 岫q 痂助 1 碉鲢；碡酸钍( m 血i 呻o 劬印蛳时，确酿铝( d u 响坤脚b 毗o p 蛳蛐确靛饴c d 蛔正恤p 叩曲 非氧化错j 辅嵌化合物：【钆鼬】4 _ l 幽q o 】i q _ s 岛t 】【s 1 鼠。r 1 t r o x l g e t c 叫8 嘣曲硫化翻( 啪n 面c 蛐蚯鳓。寿讯储牟溢( t 曲笋删c 蛐由 l 鬈臻二。一。啾t ，c m k - 2 ，c m k - 3 , m 虬c v l i - ，、 闲1 3 介孔材料酌分类1 8 6 垃( 即蝴：t 船- t d ( m n h 勾) 曲_ 4 噬，殂血d h - t t l ( 州b 动m 唧q 哪p 一d 哪。i k f r i g c = p 山血_ m 加崎 啊刚- q 由- - m p c 一酬f 曲，血娜i _ _ 贰腑脚- 兰辛基簟化确0 d ( o 竹，1 ) 由b f 皿o x i d e ，c r o p o ) ) = 秘乙己基瞳( 托 c m k - a r d t * 柚叫q 删c - - b n m e l e t u l b r - 憎：m f l l 3 - r l 【 丘k 卵i t 山v 岫诤曲 介观结构主要包括孔道的大小和孔道的结构。一般而言，介孔材料的孔径大 小主要决定于表面活性剂的疏水基团的大小，调变介孔材料的孔径的方法主要有 下面几种：a ) 改变水热处理的温度，通常温度越高，孔径越大；b ) 改变表面活性 剂；c ) 加入扩孔剂，最常用的如均三甲苯( t m b ) 。不同的结构导向剂得到不同 介观结构的介孔材料，最经典的半定量解释是通过两亲分子在特定环境下的有效 堆积参数一5 4 】来阐述的( g = g ( a o o ，其中v 为表面活性剂分子的整个体积，a 。为 表明活性剂端头的有效面积，为表面活性剂疏水链的长度) 。与堆积参数g 相联 系的介观相结构顺序可见表1 1 。 兰呈奎兰璧老兰堡丝奎 篁= 塞 表1 1 不同g 值下胶束聚集体对应的介孔相结构 l 堆积参数g 兰呈垒兰堡尘兰堡篁兰 堑三至 实验反应时f 刨均选择2 4h 。 图2 5 样品h 的t e m 图( 样品经过研磨，合成条件见表2 1 ) 表2 3 不同合成条件下做得材料的比表面、孔容和孔径常数表 d ：b j hm e s o p o r ed i a m e t e rc a l c u l a t e df r o mt h ea d s o r p t i o nb r a n c h ；s ：b e ts u r f a c ea r e a ；v ：t o t a lp o r e v o l u m e ；r ，m e a np a r t i c l ed i a m e t e r 3 0 ， 复旦大学硕士学位论文第二章 在本实验中我们尝试了在1 0 0 、1 2 0 、1 4 0 0 c 对所合成的样品进行水热，所得 样品依次为( c ) 、( i ) 、( i ) 。从图2 1 可见，三者均保持了球形形貌( 0 ) 的s e m 图没 给出) ；从图2 , 6 可见，( c ) 、a ) 、( i ) 的孔径依次增大。这与文献中通过提高水热温 度使介孔分子筛的孔径增加的规律一致o8 1 。但是( j ) 的孔分布过宽( 6 3 5n m ) ，说 明过高的水热温度致使孔的有序性遭到破坏。 0 0 0 2 0 40 6 0 81 ，0 r e l a t i v ep r e s s u r e ( p i p o ) 图2 6 不同水热温度所得样品的n 2 吸附脱附图和孔径分布图( 样品的合成条件见霖z 1j 2 3 3t e o s 用量的影响 为了得到更好的球，在保持其他条件不变的前提下，考察正硅酸乙酯( t e o s ) 用量对结果的影响。从图2 7 可以看出，t e o s 加入量较少时形成的全部是无序形 貌( 图2 7 ( k ) ) ，随着t e o s 用量的增加，逐渐出现球形的颗粒( 图2 7 ( 1 ) ) ，当 t e o s p 6 5 三1 ：o 0 3 ( 摩尔比) 时，产物全部为表面光滑的球形颗粒( 图2 1 ( c ) 和图 2 7 ( m ) ) 。同时，随着t e o s 用量的增加，所得介孔氧化硅颗粒的尺寸逐渐增大。 上述结果说明t e o s 用量是一个很重要的因素，只有在硅源充足时才会形成介孑l 氧化硅球。 2 3 4 无机盐k c l 的影响 y u f 2 3 1 等发现采用加入无机盐k c l 静置的方法可以改变s b a 1 5 分子筛的形貌。 本文中采用类似的方法，可使所合成介孔球的颗粒尺寸从9 0 岬增大到1 7 6p _ m o 7 6 4 3 1 一西，eu一口mqjo协廿山e n i o 复r 日，大学硕士学位论文 第二章 ( 图2 7 ( n ) 、( o ) 、( p ) 和表2 3 ) 。同时，随着k c i 加入量的增加，样品的x r d 图 谱峰强增加，半峰宽变窄，说明加入k c i 可以提高介孔的有序度。这文献报道是 一致的【3 9 , 4 0 】。从n 2 吸附一脱附数据( 表2 - 3 ) 可见，加入无机盐k c l 对于孔径几乎 没有影响( 3 8 3 9r u - n ) ，但会降低比表面和孔容。这可能是由于加入无机盐会减少 微孔造成的。 图2 7 改变其他实验条件所得样品的扫描电镜照片( 图中标尺为1 0 “m ) ( t e o s k c i t m b p 6 5 h c i h 2 0 = x ：y ：z ：00 0 0 3 ：6 ：1 6 6 ，6 0 。c 反应2 4h ，1 0 0 。c 水热2 4h 。y = o ，z = o 条件f ，x 取o 2 5 、o5 0 、1 2 5 所得的产物依次表示为( k ) 、( 1 ) 、( m ) ：x = 1 0 0 ，z = 0 条件下，y 取o 0 0 7 、0 0 2 0 、0 , 0 2 7 所得的产物依次表示为( n ) 、( o ) 、( p ) ；x = 1 0 0 ，y = 0 条件下，z 取0 0 0 1 7 、0 a 0 4 2 、0 0 0 8 4 所得的产物依次表示为( q ) 、( s ) ) 2 3 ，5t m b 的影响 文献中介孔分子筛常用扩孔方法之一是在合成体系中加入l ，3 ，5 - 三甲苯 ( t m b ) 3 8 1 ，在本实验体系中，少量t m b 的引入可以在保持球形形貌的前提下 使孔径增加。例如t m b p 6 5 ( 质量比) 为0 2 时，所得样品( q ) 的孔径从原来的3 6 i l l n 增加到4 1i l r n ( 表2 3 ) 。当t m b 用量迸一步增加到t m b p 6 5 ( 质量比) 为 0 5 和1 0 时( 图2 7 中( r ) 和( s ) ) ，会导致形成无序形貌的介孔分皆筛。这是由于 少量t m b 的加入相当于增加了表面活性剂的疏水体积比，使得所形成胶束的内 复旦大学硕士学位论文 第二章 核变大，从而导致所合成的介孔材料的孔径增加。但t m b 的用量较大时，过量 的t m b 不能进入p 6 5 的疏水内核，加入t e o s 以前的溶液始终是乳浊液，最终 导致了所得产物为无序形貌。 2 3 6 对溶菌酶的吸附性质 利用对溶菌酶的吸附行为作为探针考察了所合成的介孔氧化硅球对蛋白质的 吸附性质。图2 8 给出了介孔氧化硅球对溶菌酶的吸附速率、吸附量与吸附时间 的关系图，可以看出，样品( a ) 对溶菌酶几乎不吸附( 2 4h 时吸附量7 5 m g g ) ，我 们推测样品( a ) 的孔径( 2 3r m a ) 小于溶菌酶的动力学直径( 3 0 x 3 0 x 4 5n m 3 ) ，造 成溶菌酶很难进入孑l 道内部1 2 3 1 。样品( c ) 和( q ) 的吸附量相对也较小( 2 4h 时依次为 2 9 m g g 、4 2 m g g ) ，因其孔径( 依次为3 9 、4 3n m ) 与溶菌酶的动力学直径相当。 样品( i ) 的吸附速率和吸附量都有显著增大，2 4h 时吸附量已达到1 9 2m e , g ，因其 孔径( 4 8n m ) 大于溶菌酶的动力学直径。因此，在形貌一致的前提下，随着孔 径增加，介孔氧化硅球对溶菌酶的吸附量和吸附速率都逐渐增加， 051 0 1 52 02 5 t i m e ( h o u r ) 图2 8 不同孔径的介孔氧化硅球对溶菌酶的吸附曲线( 样品的合成条件见表2 1 ) 上述结果为介孔氧化硅球材料应用于色谱固定相提供了必要的实验数据。要 将以上所合成的介孔氧化硅球用作体积排阻色谱的固定相，必须根据待分离的蛋 白质分子的尺寸来选择适宜孔径的介孔氧化硅球作为固定相。例如要分离溶菌酶 和较小的分子，可选用样品( a ) ；要分离溶菌酶和较大的分子可以选用样品( i ) 。 2 3 7 利用p 8 5 合成介孔球 驰 o 奇，6e一芒=oe幅器。曲可日oe裔o1 复旦大学硕上学位论文第二章 2t h e t av a l u e 图2 9 不同合成温度下所得样品的x r d ( a 、b 、c 、d 、e 、f 的合成温度依次为4 0 、5 0 、 6 0 、7 0 、8 0 、9 0 。c ，具体合成条件见表2 2 ) 图2 9 为利用p 8 5 ，在不同合成温度下所得样品的x r d 图，从图中可见，随 着合成温度的升高，所得介孔材料的介观有序度增强，与2 3 1 节中所得结论一样。 图2 1 0 为样品的s e m 照片，从图中可见，在4 0 。c 时所得样品a 具有球形 形貌，随着合成温度的升高，b 样品还有少量的球，伴随有很多的无序形貌，c 样品几乎全部为无序形貌，d 样品中出现一些棒状形貌，e 和f 几乎全部为些 短棒，部分弯曲。宏观形貌是微观结构的反映：4 0 。c 的样品从x r d 数据可以判 断其微观结构为无序，因此容易形成球形形貌；较高温度时所得样品为两维六角 的结构，因此容易长成棒状的形貌。从颗粒的大小来看，随着合成温度的升高， 颗粒逐渐减小，与利用p 6 5 作结构导向剂合成介孔球的规律一致。 复旦大学硕学位论文第二章 图2 1 0 不同合成温度下所得样品的s e m ( a 、b 、c 、d 、e 、f 的台成温度依次为4 0 、5 0 、 6 0 、7 0 、8 0 、9 0 。c ) 我们同时还考察了加入无机盐k c l 对形貌的影响，此处选择7 0 。c 所得一系 列样品为例，图2 1 1 为不同k c l 加入量时所得样品的x r d 图，从图中可以看出， 所有样品均出现两维六角结构的( 1 0 0 ) 、( 1 l o ) 、( 2 0 0 ) 峰，样品d 、g 、h 、i 、j 的 d 1 0 0 依次为7 7 5 、7 4 2 、7 3 6 、7 5 5 、7 3 6n m ，变化不大，且没有明显的规律。d 、 g 、h 、i 的峰强度逐渐增加，j 稍有减弱，说明盐浓度在一定范围内增加时，有 利于介孔的形成，过高时反而不利。 复旦大学硕l 学位论文第二章 2t h e t av a l u e 5 j h g d 图2 “不同k c i 加入量条件f 所得样品的x r d ( t e o s k c i p 8 5 h c i h 2 0 = l ：x ：o 0 2 2 ：6 ：1 6 6 ， d 、g 、h 、l 、j 的x 值依次为0 、0 0 0 7 、0 0 1 4 、00 2 0 、o 0 2 7 ，合成温度为7 0 。c ) 图2 1 2 为不同k c i 加入量时样品的s e m 照片，可以看出，随着k c l 量的增 加，开始时，棒状样品逐渐增加，棒的尺