RU2807591C1 - Магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений и способ его получения - Google Patents
Магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807591C1 RU2807591C1 RU2023103445A RU2023103445A RU2807591C1 RU 2807591 C1 RU2807591 C1 RU 2807591C1 RU 2023103445 A RU2023103445 A RU 2023103445A RU 2023103445 A RU2023103445 A RU 2023103445A RU 2807591 C1 RU2807591 C1 RU 2807591C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- presented
- oxidation
- organic compounds
- glucose oxidase
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 11
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 claims abstract description 40
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 claims abstract description 37
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 claims abstract description 36
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 22
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 20
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 20
- 229910052809 inorganic oxide Chemical group 0.000 claims abstract description 17
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 101000765308 Aspergillus niger N-(5'-phosphoribosyl)anthranilate isomerase Proteins 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 47
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 28
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 12
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229960000587 glutaral Drugs 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 3
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 47
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 abstract description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000011942 biocatalyst Substances 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 108010093096 Immobilized Enzymes Proteins 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 235000011330 Armoracia rusticana Nutrition 0.000 description 1
- 240000003291 Armoracia rusticana Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010001336 Horseradish Peroxidase Proteins 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 description 1
- 150000004753 Schiff bases Chemical class 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004494 calcium gluconate Drugs 0.000 description 1
- 239000004227 calcium gluconate Substances 0.000 description 1
- 235000013927 calcium gluconate Nutrition 0.000 description 1
- NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L calcium;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanoate Chemical compound [Ca+2].OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C([O-])=O NEEHYRZPVYRGPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019165 vitamin E Nutrition 0.000 description 1
- 239000011709 vitamin E Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности. Предложены магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений, содержащий в качестве носителя магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные 3-аминопропилтриэтоксисиланом и неорганическим оксидом, выбранным из SiO2, Al2O3 или ZrO2, глутаровый диальдегид в качестве сшивающего агента и глюкозооксидазу из Aspergillus niger в качестве активного компонента, отличающийся тем, что носитель дополнительно включает хитозан, при следующем соотношении компонентов в % масс: Fe3O4 - 9,58÷9,88; неорганический оксид, выбранный из SiO2, Al2O3 или ZrO2 - 63,72÷64,32; хитозан - 3,0-3,4; 3-аминопропилтриэтоксисилан - 6,2÷6,6; глутаровый диальдегид - 15,71÷16,31;глюкозооксидаза - 0,61÷0,67; и способ синтеза магнитоотделяемого катализатора окисления органических соединений включает взаимодействие ферментсодержащего раствора с носителем, модифицированным для получения альдегидных групп на его поверхности. Технический результат - повышение активности, селективности, операционной стабильности гетерогенного катализатора в реакции жидкофазного окисления органических соединений и его способности к отделению от реакционной среды за счет использования твердого носителя с большой площадью поверхности, большим количеством аминогрупп на поверхности и магнитными свойствами, и неорганических оксидов, также проявляющих активность в окислении органических соединений. 2 н.п. ф-лы, 38 пр., 4 табл.
Description
Изобретение относится к химической промышленности, а именно, к области производства гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного окисления органических соединений (в том числе - глюкозы) и может быть применено на предприятиях химической и фармацевтической промышленности для получения синтетических биологически активных соединений (витаминов Е, В2, К3 и глюконата кальция).
Известен гетерогенный катализатор окисления неорганических и/или органических соединений на полимерном носителе (RU2255805, B01J 23/70, B01J 23/94, B01D 53/86, 10.07.2005), содержащий активный компонент на полимерном носителе - полиэтилене или полипропилене, или полистироле, или другом полимере, который в качестве активного компонента содержит оксиды и/или гидроксиды и/или шпинели металлов переменной валентности, и, дополнительно, модифицирующую добавку, в качестве которой используют органические основания и/или гетерополикислоты, и/или углеродсодержащий материал при следующем содержании компонентов катализатора, массовая доля в %: активный компонент 15-50; модифицирующая добавка 0,5-20; носитель остальное.
Однако, его недостаточно высокая операционная стабильность из-за непрочного связывания активного компонента с поверхностью носителя, а также высокое содержание активного компонента обуславливает высокую стоимость катализатора и его низкую эффективность.
Известен также гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений (RU 2741010, B01J 23/745, В82В 3/00, B01J 21/08, B01J 31/02, C12N 11/14, 04.06.2020), содержащий носитель, модифицированный 3-аминопропилтриэтоксисиланом, глутаровый диальдегид в качестве сшивающего агента и пероксидазу корня хрена в качестве активного компонента, в котором носителем являются магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные SiO2, при следующем соотношении компонентов в % масс: Fe3O4 - 34,2-34,6; SiO2 - 41,0-41,4; 3-аминопропилтриэтоксисилан - 18,3-18,8; глутаровый диальдегид - 3,8-4,0; пероксидаза хрена - 1,9-2,0.
Однако, такой катализатор обладает сложной многокомпонентной структурой, вследствие чего активность его очень нестабильна и подвержена влиянию различных факторов реакционной среды. Кроме того, активный компонент распределен только на поверхности носителя, не проникая в его поры, что существенно снижает эффективность катализатора.
Наиболее близким к предлагаемому катализатору является магнитоотделяемый гетерогенный катализатор жидкофазного окисления глюкозы (Сульман А.М. Гетерогенные биокатализаторы на основе глюкозооксидазы, иммобилизованной на магнитоотделяемые мезопористые оксиды. Диссертация к. х. н. Тверь. 2020. 144 с.), содержащий носитель, модифицированный 3-аминопропилтриэтоксисиланом, глутаровый диальдегид в качестве сшивающего агента и глюкозооксидазу из Aspergillus niger в качестве активного компонента, в котором носителем являются магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные неорганическими оксидами (SiO2, Al2O3 или ZrO2), при следующем соотношении компонентов в % масс: Fe3O4 - 2,8÷3,0; неорганический оксид (SiO2, Al2O3 или ZrO2) -19,5÷19,7; 3-аминопропилтриэтоксисилан - 59,5÷59,7; глутаровый диальдегид - 16,3÷16,5; глюкозооксидаза - 1,4÷1,6.
Однако, недостаточно прочная сшивка активного компонента с поверхностью твердого носителя вследствие высокого содержания в катализаторе модифицирующего и сшивающего реагентов (глутарового диальдегида и 3-аминопропилтриэтоксисилана) по отношению к массе носителя приводит к существенному снижению активности и стабильности катализатора в реакциях окисления органических соединений.
Известен способ получения иммобилизованных ферментов (SU 644760, 1979.01.30) путем ковалентного связывания ферментов (в том числе глюкозооксидазы) с неорганическим носителем, активированным органосиланом, с целью упрощения процесса иммобилизации и повышения активности иммобилизованных ферментов, в качестве органосилана используют глицедоксипропилтриэтоксисилан.
Также известен способ получения иммобилизованных оксидоредуктаз (SU 1130598, C12N1/14, 1984.12.23) путем добавления буферного раствора ферментов (в том числе - глюкозооксидазы) к пористому неорганическому носителю - окиси алюминия, с целью увеличения стабильности целевого продукта и ускорения способа, буферный раствор ферментов предварительно смешивают с золем кремниевой кислоты, имеющим рН 7-8 и застывающим в порах носителя за 1-2 мин, а затем пропитывают полученной смесью сухую окись алюминия или сухой силикагель.
Оба эти способа имеют общий недостаток - недостаточная стабилизация активного компонента на поверхности носителя из-за отсутствия химического взаимодействия между носителем и ферментом существенно ухудшает каталитическую активность и стабильность катализатора.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения магнитоотделяемого гетерогенного катализатора жидкофазного окисления глюкозы (Сульман А.М. Гетерогенные биокатализаторы на основе глюкозооксидазы, иммобилизованной на магнитоотделяемые мезопористые оксиды. Диссертация к. х. н. Тверь. 2020. 144 с.), включающий взаимодействие ферментсодержащего раствора с носителем, при этом в качестве носителя используют магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные неорганическими оксидами (SiO2, Al2O3 или ZrO2), для получения которых неорганический оксид (SiO2, Al2O3 или ZrO2) помещался в этанольный раствор нитрата железа, смесь оставляли на 12 часов при постоянном перемешивании на воздухе для испарения этанола, затем образец сушили под вакуумом при комнатной температуре не менее 2 ч до полного высыхания, добавляли этиленгликоль, нагревали в кварцевой трубе в трубчатой печи под аргоном до 250°С со скоростью нагрева 2°С / мин, а затем отжигали в течение 6 ч. Затем образец охлаждали до комнатной температуры. Магнитоотделяемые носители суспендировали в водном растворе аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) при перемешивании при 90°С в течение 5 часов, затем модифицированный носитель промывали водой (три раза) и метанолом (пять раз) и сушили под вакуумом в течение 12 часов. Далее проводилась иммобилизация глюкозооксидазы последовательным выдерживанием носителя в растворе глутарового альдегида в фосфатном буферном растворе в течение 1 часа и растворе глюкозооксидазы в течение 1 часа. Затем биокатализатор отделяли от раствора с помощью неодимового магнита.
Однако, данный способ также обеспечивает недостаточную стабилизацию активного компонента на поверхности носителя из-за отсутствия химического взаимодействия между носителем и ферментом, что существенно ухудшает каталитическую активность и стабильность катализатора. Еще одним недостатком способа является большая продолжительность стадий модификации носителя, что существенно удорожает процесс синтеза.
Технической проблемой, решаемой при создании изобретения, является получение высокоактивного, стабильного, селективного магнитоотделяемого катализатора для многократного использования в реакции жидкофазного окисления органических соединений (в том числе глюкозы) и способ получения такого катализатора.
Техническим результатом изобретения является повышение активности, селективности, операционной стабильности гетерогенного катализатора в реакции жидкофазного окисления органических соединений и его способности к отделению от реакционной среды за счет использования твердого носителя с большой площадью поверхности, большим количеством аминогрупп на поверхности и магнитными свойствами, и неорганических оксидов, также проявляющих активность в окислении органических соединений.
Решение поставленной проблемы и заявленный технический результат достигаются за счет того, что магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений содержит в качестве носителя магнитные наночастицы Fe2O4, модифицированные 3-аминопропилтриэтоксисиланом (АПТЭС) и неорганическим оксидом (SiO2, Al2O3 или ZrO2), глутаровый диальдегид в качестве сшивающего агента и глюкозооксидазу из Aspergillus niger в качестве активного компонента, при этом носитель дополнительно включает хитозан, при следующем соотношении компонентов в % масс:
-Fe3O4 - 9,58÷9,88;
- неорганический оксид (SiO2, Al2O3 или ZrO2) - 63,72÷64,32;
- хитозан - 3,0÷3,4;
- 3-аминопропилтриэтоксисилан - 6,2÷6,6;
- глутаровый диальдегид - 15,71÷16,31;
- глюкозооксидаза - 0,61÷0,67.
Способ получения магнитоотделяемого катализатора окисления органических соединений включает взаимодействие ферментсодержащего раствора с носителем, модифицированным для получения альдегидных групп на его поверхности, при этом для повышения удельной активности и стабильности фермента проводится модификация поверхности носителя хитозаном, причем для получения катализатора 10,0±0,1 г неорганического оксида (SiO2, Al2O3 или ZrO2) помещают в раствор нитрата железа (8,0±0,1 г Fe(NO3)3⋅9H2O в 50 мл этанола), смесь оставляют на 6,0±0,5 часов при постоянном перемешивании на воздухе для испарения этанола, сушат под вакуумом при комнатной температуре не менее 2,0±0,1 ч, в полученный продукт при перемешивании добавляют 15 мл этиленгликоля, отжигают в кварцевой трубе в трубчатой печи под аргоном до 250±5°С в течение 3,0±0,2 ч, охлаждают до комнатной температуры, суспендируют в растворе хитозана (0,50±0,02 г хитозана в 100 мл 2 М уксусной кислоты), отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в 100 мл раствора АПТЭС (1,00±0,05 мл АПТЭС в 100 мл подкисленной ледяной уксусной кислотой до рН=4 дистиллированной воды), добавляют 5 мл глицерина, выдерживают при температуре 90±2°С в течение 3,0±0,2 часов, промывают дистиллированной водой и метанолом, сушат под вакуумом в течение 6,0±0,5 часов, суспендируют в 100 мл 2,5%-ного водного раствора глутарового диальдегида в течение 1,0±0,1 часа, отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в растворе глюкозооксидазы (100±1 мг глюкозооксидазы в 100 мл фосфатного буферного раствора с рН=7,0) в течение 1,0±0,1 часа и отделяют с помощью магнита с получением готового катализатора.
Предлагаемый катализатор обладает следующими преимуществами:
- размером частиц носителя 0,5÷0,6 мкм;
- более высокой активностью в реакции окисления органических субстратов, по сравнению с прототипом;
- более высокой операционной стабильностью при многократном использовании;
- удобством полного отделения от реакционной среды практически без потерь с помощью постоянного магнита;
- рабочий диапазон рН 3÷9; температур 10÷50°С.
Включение в катализатор каждого из компонентов является обязательным и ни один из них нельзя исключить из состава катализатора, а также изменить их количественное соотношение, так как это приведет к существенному снижению активности и стабильности катализатора в реакции окисления органических соединений.
Магнитные наночастицы Fe2O4 необходимы для создания твердой основы для катализатора и придания ему магнитных свойств, что способствует легкому отделению катализатора от реакционной среды с помощью постоянного магнита.
Неорганические оксиды (SiO2, Al2O3 или ZrO2) необходимы для создания твердой основы для катализатора, обеспечения присутствия на поверхности носителя гидроксидных групп ОН-, способных к взаимодействию с другими функциональными группами, увеличения площади поверхности носителя, что существенно увеличивает количество присоединенных к поверхности носителя молекул фермента, и, соответственно, существенно повышает активность и стабильность катализатора.
Хитозан необходим для увеличения количества аминогрупп на поверхности катализатора, способных к взаимодействию с другими функциональными группами, и увеличения площади поверхности носителя, что увеличивает количество присоединенных к поверхности носителя молекул фермента, и, соответственно, повышает активность и стабильность катализатора.
Аминопропилтриэтоксисилан необходим для образования прочной связи между компонентами катализатора за счет образования связи между гидроксильными группами на поверхности носителя и кремнием, входящим в состав аминопропилтриэтоксисилана, и для появления на поверхности носителя аминогрупп с высокой реакционной способностью.
Сшивающий агент - глутаровый диальдегид - необходим для образования азометиновой связи (оснований Шиффа) между аминогруппами на поверхности носителя и аминогруппами глюкозооксидазы, что способствует прочному закреплению фермента на поверхности носителя.
Активный компонент - фермент глюкозооксидаза - катализирует реакцию окисления органических соединений в присутствии растворенного в жидкой фазе кислорода.
Уменьшение содержания Fe3O4 меньше представленных значений существенно снижает магнитные свойства катализатора и его отделяемость от реакционной смеси. Увеличение содержания Fe3O4 больше указанного значения приводит к уменьшению количества реакционноспособных групп на поверхности носителя, что существенно снижает активность и стабильность катализатора.
Уменьшение содержания SiO2, 3-аминопропилтриэтоксисилана и глутарового диальдегида меньше представленных значений существенно снижает активность катализатора, так как значительно снижается количество глюкозооксидазы, ковалентно связанной с поверхностью носителя и фермент легко смывается с нее в процессе промывки. Увеличение содержания SiO2 больше указанного значения приводит к чрезмерному увеличению поверхности катализатора, что приводит к диффузионным ограничениям и существенно снижает активность катализатора из-за затруднения удаления субстрата из реакционной среды и отравления фермента.
Увеличение содержания хитозана, 3-аминопропилтриэтоксисилана и глутарового альдегида выше указанных значений нецелесообразно, так как это не приводит к существенному увеличению активности и стабильности катализатора. Содержание активного компонента ниже представленного значения значительно снижает активность катализатора в реакции окисления органических субстратов, а увеличение его содержания нецелесообразно, так как, по результатам экспериментов, не приводит к существенному увеличению активности катализатора в реакции окисления органических субстратов.
Добавление этиленгликоля и этанола к Fe(NO3)3⋅9H2O необходимо для восстановления ионов железа и образования магнетита Fe3O4 (FeO⋅Fe2O3), который обладает магнитными свойствами. Восстановление проводится при комнатной температуре в течение 6±0,5 часов для наиболее полного восстановления ионов железа. Уменьшение времени ниже указанных значений приводит к недовосстановлению ионов железа и существенному снижению магнитных свойств продукта, что существенно увеличивает потери катализатора в ходе реакции, а дальнейшее увеличение времени выше указанных значений не приводит к улучшению магнитных свойств и нецелесообразно из-за увеличения энергозатрат.
Смешивание Fe3O4 с неорганическими оксидами (SiO2, Al2O3 или ZrO2) с дальнейшим высушиванием и отжигом при температуре 250±5°С в течение 3±0,2 часов необходимо для формирования равномерной структуры вокруг магнитных наночастиц, что необходимо для увеличения площади поверхности катализатора и сохранения его магнитных свойств. При уменьшении температуры и времени отжига нижеуказанных значений уменьшается прочность и равномерность структуры носителя, что отрицательно сказывается на активности и стабильности катализатора. Дальнейшее увеличение температуры и времени отжига нецелесообразно, так как оно приводит к необратимым изменениям и разрушению структуры носителя, что существенно снижает активность и стабильность катализатора, а также требует дополнительных энергозатрат.
Выдерживание смеси в 3-аминопропилдтриэтоксисилане при температуре 90±2°С в течение 3±0,2 часов необходимо для увеличения содержания реакционноспособных аминогрупп на поверхности носителя. При уменьшении температуры и времени выдерживания нижеуказанных значений взаимодействие 3-аминопропилтриэтоксисилана с носителем проходит не полностью, что существенно снижает количество свободных функциональных аминогрупп на поверхности носителя, и, соответственно, снижает активность и стабильность получаемого катализатора. Дальнейшее увеличение температуры и времени выдерживания выше указанных значений нецелесообразно, так как оно не приводит существенному улучшению активности и стабильности катализатора, при этом требует дополнительных энергозатрат.
Выдерживание модифицированного носителя в растворе глутарового диальдегида в течение 1,0±0,1 часа необходимо для увеличения содержания свободных альдегидных групп на поверхности носителя. При уменьшении времени выдерживания ниже указанного значения взаимодействие глутарового диальдегида с аминогруппами носителя проходит не полностью, что существенно снижает количество свободных функциональных альдегидных групп на поверхности носителя, и, соответственно, снижает активность и стабильность получаемого катализатора. Дальнейшее увеличение времени выдерживания выше указанного значения нецелесообразно, так как оно не приводит существенному улучшению активности и стабильности катализатора.
Выдерживание модифицированного носителя в растворе глюкозооксидазы в течение 1,0±0,1 часа необходимо для обеспечения взаимодействия аминогрупп глюкозооксидазы с альдегидными группами на поверхности модифицированного носителя. При уменьшении времени выдерживания нижеуказанного значения взаимодействие аминогрупп глюкозооксидазы с альдегидными группами модифицированного носителя проходит не полностью, что существенно снижает количество прочно закрепленного на поверхности модифицированного носителя фермента, и, соответственно, снижает активность и стабильность получаемого катализатора. Дальнейшее увеличение времени выдерживания выше указанного значения нецелесообразно, так как оно не приводит существенному улучшению активности и стабильности катализатора.
Промежуточные промывки носителя между стадиями необходимы для удаления из его пор и с его поверхности неспецифически связанных реагентов.
Основными свойствами гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного окисления органических соединений являются активность катализатора (ед/г), коэффициент иммобилизации (%) и сохранение начальной активности после 10 циклов использования в реакции окисления органического соединения.
Активность катализатора (А, мкМ (Glr) / (мг (GOx) х мин)) рассчитывают по формуле (1):
где Glr количество реагирующего органического соединения (ммоль), GOx - глюкозооксидаза, [GOx] количество (мг) нативного или иммобилизованного GOx, IC - коэффициент иммобилизации, V - объем реакционного раствора, т время реакции (60 минут).
Относительную активность катализатора определяют по формуле (2):
где А0 и Ai - активности нативной и иммобилизованной глюкозооксидазы, соответственно.
Сохранение катализатором начальной активности после 10 циклов использования определяют по формуле (3):
где A1 и А10 - активность иммобилизованной глюкозооксидазы в 1-м и 10-м цикле использования, соответственно.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и таблицами. Способ получения магнитоотделяемого катализатора описывается примерами 1-38, таблицами 1, 2 и 3. В таблице 3 представлен состав гетерогенных катализаторов процессов жидкофазного окисления органических соединений, получаемых в результате примеров 1-38.
Свойства получаемых магнитоотделяемых катализаторов окисления органических соединений согласно примерам 1-38 представлены в таблице 4.
Пример 1
10,0 г ZrO2 помещают в раствор нитрата железа (8 г Fe(NO3)3⋅9H2O в 50 мл этанола), смесь оставляют на 6 часов при постоянном перемешивании на воздухе для испарения этанола, сушат под вакуумом при комнатной температуре в течение 2 ч. В полученный продукт добавляют 15 мл этиленгликоля, отжигают в кварцевой трубе в трубчатой печи под аргоном до 250°С в течение 3 ч, охлаждают до комнатной температуры. Полученную смесь суспендируют в растворе хитозана (0,5 г хитозана в 100 мл 2 М уксусной кислоты), отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в 100 мл раствора АПТЭС (1 мл АПТЭС в 100 мл подкисленной ледяной уксусной кислотой до рН=4 дистиллированной воды), добавляют 5 мл глицерина, выдерживают при температуре 90°С в течение 3 часов, промывают дистиллированной водой и метанолом, высушивают под вакуумом в течение 6 часов, суспендируют в 100 мл 2,5%-ного водного раствора глутарового диальдегида, отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в растворе глюкозооксидазы (100 мг глюкозооксидазы в 100 мл фосфатного буферного раствора с рН=7,0) в течение 1 часа и отделяют с помощью магнита готовый катализатор.
Полученный катализатор имеет следующее соотношение компонентов, % масс:
-Fe3O4 - 9,73;
- SiO2 - 64,02;
- хитозан - 3,20;
- 3-аминопропилтриэтоксисилан - 6,40;
- глутаровый диальдегид - 16,01;
- глюкозооксидаза - 0,64.
Активность катализатора определяют в реакции окисления органического соединения (например, D-глюкозы). Для исследования активности катализатора в термостатируемую стеклянную ячейку с возвратно-поступательным качанием вносят 0,1 г катализатора, 10 мг органического соединения (D-глюкозы) и 15 мл 0,1 М фосфатного буферного раствора (рН 6,0), перемешивают со скоростью 300 мин-1 в течение 1 часа, после чего вводят кислород (скорость подачи от 440 до 450 мл / мин). Реакцию проводят при атмосферном давлении. После завершения реакции катализатор выделяют, а реакционную смесь исследуют с использованием ВЭЖХ.
Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 2
Аналогичен примеру 1, однако вместо ZrO2 использовали SiO2.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношение компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 3
Аналогичен примеру 1, однако вместо ZrO2 использовали Al2O3.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1-3 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании ZrO2.
Пример 4
Аналогичен примеру 1, однако использовали 4 г Fe(NO3)3⋅9H2O.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 5
Аналогичен примеру 1, однако использовали 6 г Fe(NO3)3⋅9H2O.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 6
Аналогичен примеру 1, однако использовали 10 г Fe(NO3)3⋅9H2O.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3.
Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 7
Аналогичен примеру 1, однако использовали 12 г Fe(NO3)3⋅9H2O.
Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 4-7 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 8 г Fe(NO3)3⋅9H2O.
Пример 8
Аналогичен примеру 1, однако использовали 6 г ZrO2. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 9
Аналогичен примеру 1, однако использовали 8 г ZrO2. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 10
Аналогичен примеру 1, однако использовали 12 г ZrO2. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 11
Аналогичен примеру 1, однако использовали 14 г ZrO2. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1,8-11 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 10 г ZrO2.
Пример 12
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,1 г хитозана. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 13
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,3 г хитозана. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 14
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,7 г хитозана. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 15
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,9 г хитозана. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 12-15 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 0,5 г хитозана.
Пример 16
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,2 мл АПТЭС. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 17
Аналогичен примеру 1, однако использовали 0,6 мл АПТЭС. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 18
Аналогичен примеру 1, однако использовали 1,4 мл АПТЭС. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 19
Аналогичен примеру 1, однако использовали 1,8 мл АПТЭС. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1,16-16 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 1 мл АПТЭС.
Пример 20
Аналогичен примеру 1, однако использовали 1,5%-ный раствор глутарового диальдегида. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 21
Аналогичен примеру 1, однако использовали 2%-ный раствор глутарового диальдегида. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 22
Аналогичен примеру 1, однако использовали 3%-ный раствор глутарового диальдегида. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 23
Аналогичен примеру 1, однако использовали 3,5%-ный раствор глутарового диальдегида. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 20-23 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 2,5% раствора глутарового диальдегида.
Пример 24
Аналогичен примеру 1, однако использовали 50 мг глюкозооксидазы. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 25
Аналогичен примеру 1, однако использовали 75 мг глюкозооксидазы. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 26
Аналогичен примеру 1, однако использовали 125 мг глюкозооксидазы. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 27
Аналогичен примеру 1, однако использовали 150 мг глюкозооксидазы. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 24-27 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при использовании 100 мг глюкозооксидазы, так как дальнейшее увеличение содержания глюкозооксидазы не приводит к увеличению активности биокатализатора.
Пример 28
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился при температуре 230°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношение компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 29
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился при температуре 240°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 30
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился при температуре 260°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 31
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился при температуре 270°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 28-31 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при отжиге смеси Fe3O4 и ZrO2 при температуре 250°С.
Пример 32
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился в течение 2 часов. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 33
Аналогичен примеру 1, однако отжиг смеси Fe3O4 и ZrO2 проводился в течение 4 часов. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 32-33 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при отжиге смеси Fe3O4 и ZrO2 в течение 6 часов.
Пример 34
Аналогичен примеру 1, однако обработка АПТЭС и глицерином проводилась при температуре 70°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 35
Аналогичен примеру 1, однако обработка АПТЭС и глицерином проводилась при температуре 80°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 36
Аналогичен примеру 1, однако обработка АПТЭС и глицерином проводилась при температуре 95°С. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 34-36 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при обработке АПТЭС и глицерином при температуре 90°С.
Пример 37
Аналогичен примеру 1, однако обработка АПТЭС и глицерином проводилась в течение 2 часов. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Пример 38
Аналогичен примеру 1, однако обработка АПТЭС и глицерином проводилась в течение 4 часов. Основные параметры способа получения представлены в таблицах 1 и 2. Соотношения компонентов в катализаторе представлены в таблице 3. Свойства полученного катализатора представлены в таблице 4.
Из результатов, сведенных в таблице 3 и таблице 4 по примерам 1, 37-38 видно, что оптимальной активностью и стабильностью обладает катализатор, полученный при обработке АПТЭС и глицерином в течение 5 часов.
Таким образом, оптимальное соотношение компонентов магнитоотделяемого катализатора окисления органических соединений составляет, % масс:
- Fe3O4 - 9,58÷9,88;
- неорганический оксид (SiO2, Al2O3 или ZrO2) - 63,72÷64,32;
- хитозан - 3,0÷3,4;
- 3-аминопропилтриэтоксисилан - 6,2÷6,6;
- глутаровый диальдегид - 15,71÷16,31;
- глюкозооксидаза - 0,61÷0,67.
Предложенный способ позволяет получить магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений с повышенной активностью, селективностью, операционной стабильностью, который обладает способностью к отделению от реакционной среды за счет использования твердого носителя с большой площадью поверхности, высоко реакционноспособными аминогруппами на поверхности и магнитными свойствами.
Claims (8)
1. Магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений, содержащий в качестве носителя магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные 3-аминопропилтриэтоксисиланом и неорганическим оксидом, выбранным из SiO2, Al2O3 или ZrO2, глутаровый диальдегид в качестве сшивающего агента и глюкозооксидазу из Aspergillus niger в качестве активного компонента, отличающийся тем, что носитель дополнительно включает хитозан, при следующем соотношении компонентов в % масс:
- Fe3O4 - 9,58÷9,88;
- неорганический оксид, выбранный из SiO2, Al2O3 или ZrO2 - 63,72÷64,32;
- хитозан - 3,0-3,4;
- 3-аминопропилтриэтоксисилан - 6,2÷6,6;
- глутаровый диальдегид - 15,71÷16,31;
- глюкозооксидаза - 0,61÷0,67.
2. Способ получения магнитоотделяемого катализатора окисления органических соединений по п. 1, включающий взаимодействие ферментсодержащего раствора с носителем, модифицированным для получения альдегидных групп на его поверхности, отличающийся тем, что для получения катализатора 10,0±0,1 г неорганического оксида, выбранного из SiO2, Al2O3 или ZrO2, помещают в раствор нитрата железа, состава 8,0±0,1 г Fe(NO3)3⋅9H2O в 50 мл этанола, смесь оставляют на 6,0±0,5 часов при постоянном перемешивании на воздухе для испарения этанола, сушат под вакуумом при комнатной температуре не менее 2,0±0,1 ч, в полученный продукт при перемешивании добавляют 15 мл этиленгликоля, отжигают в кварцевой трубе в трубчатой печи под аргоном до 250±5°С в течение 3,0±0,2 ч, охлаждают до комнатной температуры, суспендируют в растворе хитозана, состава 0,50±0,02 г хитозана в 100 мл 2 М уксусной кислоты, отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в 100 мл раствора 3-аминопропилтриэтоксисилана, состава 1,00±0,05 мл 3-аминопропилтриэтоксисилана в 100 мл подкисленной ледяной уксусной кислотой до рН=4 дистиллированной воды, добавляют 5 мл глицерина, выдерживают при температуре 90±2°С в течение 3,0±0,2 часов, промывают дистиллированной водой и метанолом, сушат под вакуумом в течение 6,0±0,5 часов, суспендируют в 100 мл 2,5%-ного водного раствора глутарового диальдегида в течение 1,0±0,1 часа, отделяют с помощью магнита, промывают дистиллированной водой, суспендируют в растворе глюкозооксидазы, состава 100±1 мг глюкозооксидазы в 100 мл фосфатного буферного раствора с рН=7,0, в течение 1,0±0,1 часа и отделяют с помощью магнита.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807591C1 true RU2807591C1 (ru) | 2023-11-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU644760A1 (ru) * | 1976-10-18 | 1979-01-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Биотехнический Институт | Способ получени иммобилизованных ферментов |
| US5276216A (en) * | 1991-10-28 | 1994-01-04 | Ausimont S.P.A. | Process for oxidizing aromatic and aliphatic compounds |
| RU2626964C1 (ru) * | 2016-11-14 | 2017-08-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений |
| RU2741010C1 (ru) * | 2020-06-04 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений и способ его получения |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU644760A1 (ru) * | 1976-10-18 | 1979-01-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Биотехнический Институт | Способ получени иммобилизованных ферментов |
| US5276216A (en) * | 1991-10-28 | 1994-01-04 | Ausimont S.P.A. | Process for oxidizing aromatic and aliphatic compounds |
| RU2626964C1 (ru) * | 2016-11-14 | 2017-08-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений |
| RU2741010C1 (ru) * | 2020-06-04 | 2021-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений и способ его получения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СУЛЬМАН А.М. Гетерогенные биокатализаторы на основе глюкозооксидазы, иммобилизованной на магнитоотделяемые мезопористые оксиды. Диссертация к. х. н. Тверь. 2020. 144 с.. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108329486A (zh) | 一种介孔杂化结构的金属有机骨架材料的制备方法和应用 | |
| JPS6261600B2 (ru) | ||
| CN111330558A (zh) | 一种用于痕量核酸提取纯化的磁性微球制作方法 | |
| CN111111783B (zh) | 基于三聚氰胺海绵负载zif-氯化血红素封装方法及其应用 | |
| RU2807591C1 (ru) | Магнитоотделяемый катализатор окисления органических соединений и способ его получения | |
| JP3151331B2 (ja) | 生化学物質の固定化方法 | |
| JPH0616699A (ja) | 生化学物質の固定化方法 | |
| CN109999008A (zh) | 复合琼脂糖微球及其制备方法和应用 | |
| RU2741010C1 (ru) | Гетерогенный катализатор жидкофазного окисления органических соединений и способ его получения | |
| CN112980826A (zh) | 一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN117160463A (zh) | 一种氧化铈负载铜基催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113522247B (zh) | 酶驱动α-Fe2O3/UiO型金属有机骨架多孔微电机及其制备方法、应用 | |
| WO2002010218A1 (en) | Direct encapsulation of biomacromolecules in surfactant templated mesoporous and nanoporous materials | |
| CN107365759B (zh) | 一种高稳定多级孔Zr-MOF固定化酶反应器及其应用 | |
| CN102676493A (zh) | 一种含猪胰脂肪酶的介孔生物材料及其制备方法 | |
| CN111647593A (zh) | 生物矿化型固定脂肪酶的制备方法及其在催化合成opo中的应用 | |
| RU2294321C1 (ru) | Способ окисления фенольных соединений | |
| JPS63317085A (ja) | 担体結合酸素の製造方法 | |
| US20040014189A1 (en) | Direct encapsulation of biomacromolecules in surfactant templated mesoporous and nanoporous materials | |
| RU2068703C1 (ru) | Способ получения магноиммуносорбентов | |
| CN116716285A (zh) | 一种脂肪酶/单宁酸丙烯酰胺磁性水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用 | |
| JPS61181376A (ja) | 固定化された生物学的活性化合物の製造方法 | |
| Hirose et al. | Wet poly (vinyl chloride) membrane as a support: Sorption and transport of low-molecular-weight organic compounds and proteins | |
| Tong et al. | Optimization of Cephalosporin C Acylase Immobilization | |
| RU2460790C2 (ru) | Способ иммобилизации l-фенилаланин-аммоний-лиазы на магнитных наночастицах |