Введение к работе
Актуальность проблемы и общая характеристика работы.
В последнее десятилетие возрастает интерес исследователей к ферментативному окислению фенолов при участии оксидоредуктаз, эффективность которых показана в реакциях гомогенного окисления ароматических компонентов, в частности, анилина и фенолов в модельных растворах и сточных водах. В то же время, широкое промышленное использование этого метода ограничено высокой себестоимостью и недостаточной устойчивостью очищенных ферментов. Эти проблемы можно решить иммобилизацией ферментов из дешевых неочищенных водных экстрактов на неорганические или органические носители с получением в результате гетерогенной системы. Кроме того, в ряде исследований показано, что при иммобилизации происходит очистка фермента от значительного количества примесей, содержащихся в экстракте.
Существует несколько методов иммобилизации ферментов, однако ни один из них не является универсальным, то есть эффективным для всех ферментов. Одним из наиболее перспективных методов иммобилизации ферментов является ковалентная сшивка фермента с модифицированным активированным носителем, который должен быть механически прочным, нерастворимым в воде, обладать высокой химической и биологической стойкостью и низкой стоимостью.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что создание и изучение стабильных катализаторов на основе иммобилизованных на твердом носителе, модифицированном биополимерами, ферментов для окисления фенолов представляется перспективным и экономически выгодным направлением исследований, поэтому необходимо провести исследования катализаторов, касающиеся изучения влияния условий и способов иммобилизации на активность ферментов, использования различных источников получения ферментов, деструкции различных фенольных соединений.
Цель работы заключается в создании теоретических и экспериментальных основ синтеза эффективных катализаторов окисления фенолов на основе иммобилизованных оксидоредуктаз. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи: - теоретический анализ методологии иммобилизации ферментов и обоснование выбора исходных компонентов синтеза каталитической системы; - определение эмпирических закономерностей окисления фенолов на катализаторах с различным составом и природой компонентов; - оптимизация состава каталитической системы; - физико-химическое исследование оптимальной каталитической системы и формулирование гипотезы о структуре полученного катализатора; -
2 экспериментальное исследование кинетики окисления фенолов на оптимальных катализаторах; - обоснование выбора математической модели и расчет кинетических параметров процесса каталитического окисления фенолов.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность физико-химической модификации непористых ионообменных смол на основе стиролдивинилбензола с целью получения носителей, способных к ковалентной сшивке с ферментами. Впервые изучено влияние модификации носителя хитозаном и активаторами на активность и стабильность полученных катализаторов, а также проведен сравнительный анализ катализаторов на основе пероксидазы и тирозиназы в окислении фенольных соединений. Впервые на основе модифицированного хитозаном ионита получены катализаторы, отличающиеся повышенной устойчивостью к ингибирующим факторам и сохраняющие активность в течение более 10 циклов. На основании экспериментальных данных определены кинетические параметры процесса каталитического окисления фенолов катализаторами на основе иммобилизованных на модифицированных ионообменных смолах пероксидазы и тирозиназы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: научно-технической конференции "Технологии живых систем" (Москва, МГУ ПБ, 2004 г.), XII, XIII Региональных Каргинских чтениях -Областной научно-технической конференции молодых ученых "Физика, химия и новые технологии" (Тверь, 2005, 2006), 17-м Международном конгрессе химической инженерии (27-31 августа 2006г., Прага, Чехия), V Международной конференции молодых ученых "Живые системы и биологическая безопасность населения" (Москва, МГУПБ, 2006), 6-м Международном конгрессе по химии "Chemistry and Sustainable Development" (декабрь 2006 г., Тенерифе, Испания), IV Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007г.), VIII Международном конгрессе по катализу Europacat (Турку, Финляндия, 2007 г.).
Публикации. По результатам опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 в центральной печати. По результатам работы получен Патент на изобретение № 2288033 "Гетерогенный катализатор окисления органических соединений", Бюллетень №33 от 17.11.2006.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Текст изложен на 139 страницах, включает 44 рисунка, 15 таблиц. Список использованных источников содержит 171 наименование.
