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溶剂诱导翻转Pickering乳液用于原位循环使用酶催化剂

         
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催化剂特别是酶的高效分离与循环利用是实现绿色催化合成的关键.本文发展了一种溶剂诱导的Pickering乳液可逆翻转的策略,实现了酶的原位分离和高效循环利用.首先,本文利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、氮气吸附以及热重分析(TGA)等手段,详细表征所使用的固体纳米颗粒Janus型介孔氧化硅纳米片(JMSNs).结果 表明JMSNs样品具有有序垂直介孔孔道和较高的比表面积,并且疏水性有机基团辛基选择性的修饰在纳米片的一端.然后,我们发现这种溶剂诱导的转相是一个快速的过程,且具有良好的普适性,可以适用于乙酸乙酯-水、正辛烷-水、环己烷-水等多种油-水双相体系,同时,这种翻转与固体乳化剂JMSNs的界面活性息息相关.通过仔细分析具有不同浸润性JMSNs样品的转相能力,接近于90°三相接触角和合适的油水比被认为是实现溶剂诱导转相的关键因素,这一结果说明该翻转可能是一种突变转相机制.最后,本文将这种可逆的溶剂诱导转相过程成功的应用于原位分离、循环利用对反应环境敏感的酶催化剂.具体地说,在反应时,反应底物溶解在油滴中而酶催化剂分散在水相(连续相)中,在反应结束并转相后,绝大多数产物从油滴中释放到上层油相(连续相)中,而酶催化剂被稳定地限域在水滴中,这不仅保证反应平稳进行,而且防止在移走产物时酶催化剂的损失.更为重要的是,在该乳液体系中,JMSNs平躺吸附在乳液的油水界面,其垂直的介孔孔道有利于反应物分子扩散,合适的JMSNs界面活性确保这种翻转过程仅通过调控油水比即可实现连续操作.因此,在酶(CALB)催化的酯水解动力学拆分反应中,该Pickering乳液反应体系不仅表现出3倍加强的活性,而且可以实现酶的原位分离与循环利用.得益于整个过程并不涉及任何敏感性化学试剂,在连续使用七次后,酶催化剂的本征活性依然可以很好的保持.本文不仅发展了一种新的方法用于催化剂的原位分离与循环利用,而且报道了Janus纳米材料的一种新的应用领域.

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