Окисление 4-хлорфенола иммобилизованной на модифицированном диоксиде титана пероксидазой хрена
Автор: Тихонов Борис Борисович, Стадольникова Полина Юрьевна, Сидоров Александр Иванович, Сульман Эсфирь Михайловна, Логачева Алла Игоревна
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Химические науки
Статья в выпуске: 11 (12), 2016 года.
Бесплатный доступ
В работе проведен синтез и исследование каталитических свойств многокомпонентного биокатализатора на основе пероксидазы хрена, иммобилизованной на модифицированном диоксиде титана (TiO2). Для модификации диоксида титана использовались соляная кислота, хитозан, аминопропилтриэтоксисилан и глутаровый диальдегид. Пероксидаза хрена получена экстракцией из корня хрена (Armoracia rusticana) с последующим центрифугированием и отделением фильтрата. Иммобилизация фермента проводилась методом последовательного нанесения с промежуточной промывкой дистиллированной водой от неспецифически связанных реагентов. Была исследована активность ферментативного экстракта и синтезированного биокатализатора в реакции окисления 4-хлорфенола в присутствии перекиси водорода. Наблюдение за ходом реакции велось по изменению оптической плотности реакционной смеси, содержащей 4-аминоантипирин, при длине волны 506 нм. На основании результатов экспериментов по варьированию условий проведения процесса и количества компонентов реакционной смеси оптимизирован компонентный состав биокатализатора, определены основные кинетические параметры синтезированного биокатализатора. В статье впервые экспериментально подтверждена целесообразность физико-химической модификации диоксида титана хитозаном и аминопропилтриэтоксисиланом для увеличения прочности ковалентной связи фермента с носителем, получен новый эффективный иммобилизованный биокатализатор на основе диоксида титана, пригодный для многоразового использования в жидкофазном окислении хлорфенолов. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности использования синтезированного биокатализатора в процессах удаления из воды хлорфенольных загрязнений. Все гипотезы и выводы, изложенные в статье, основаны на данных научно-технической литературы, посвященных методам иммобилизации ферментов, методам модификации неорганических носителей, расчету кинетических параметров ферментативных реакций и основным закономерностям спектрофотометрических методов анализа.
4-хлорфенол, пероксидаза хрена, иммобилизация, диоксид титана
Короткий адрес: https://sciup.org/14110739
IDR: 14110739 | УДК: 544.478.3 | DOI: 10.5281/zenodo.166787
Oxidation 4-chlorophenol immobilized on the modified dioxide of the titanium horse-radish peroxidase
In this work synthesis and investigation of the catalytic properties of the multicomponent biocatalyst based on the horseradish peroxidase immobilized on the modified titanium dioxide (TiO2) were carried out. Hydrochloric acid, chitosan, aminopropyltriethoxysilane and glutaric dialdehyde were used to modify the titanium dioxide. The horseradish peroxidase was obtained by extraction of the horseradish root ( Armoracia rusticana ), followed by centrifugation and separation of the filtrate. Immobilization of enzyme was performed by sequential application method with intermediate washing with distilled water from the non-specifically bounded reagents. Enzymatic activity of the enzymatic extract and of the synthesized biocatalyst in the reaction of oxidation of 4-chlorophenol in the presence of hydrogen peroxide was investigated. Monitoring the reaction was carried out by changing of the optical density of the reaction mixture containing 4-aminoantipyrine, at a wavelength of 506 nm. Biocatalyst component composition was optimized, and the basic kinetic parameters of the synthesized biocatalyst was determined based on the results of experiments on variation of the process conditions and of the number of components of the reaction mixture. The article expediency of physic-chemical modification of titanium dioxide with chitosan, and aminopropyltriethoxysilane to increase the strength of covalent bonding of the enzyme with the carrier was first experimentally confirmed received. Also, new effective immobilized biocatalyst based on the titanium dioxide which is suitable for repeated use in the liquid phase oxidation of chlorophenols was obtained. The results show high prospects of synthesized biocatalyst using in the process of chlorophenol pollutants removing from the water. All hypotheses and conclusions expressed in this article are based on scientific and technical literature on methods of immobilization of enzymes, methods of inorganic carriers modifying, the calculation of the kinetic parameters of enzymatic reactions and the basic laws of spectrophotometric analysis.
Список литературы Окисление 4-хлорфенола иммобилизованной на модифицированном диоксиде титана пероксидазой хрена
- Тихонов Б. Б., Сидоров А. И., Лакина Н. В., Сульман Э. М., Ожимкова Е. В., Манаенков О. В. Очистка сточных вод от фенолов с использованием иммобилизованных оксидоредуктаз растений и грибов//Вестник ТвГУ. Серия «Биология и экология». 2011. Вып. 21. №2. C. 74-82.
- Klibanov A. M., Alberti B. N., Morris E. D., Felshin L. M. Journal of Applied Biochemistry, 1980, no. 2, pp. 414-421.
- Тихонов Б. Б. Разработка и исследование свойств новых каталитических систем окисления фенолов на основе иммобилизованных оксидоредуктаз: дис. … канд. хим. наук Москва, 2007. 139 с.
- Матвеева О. В. Магнитоотделяемый катализатор окисления 2,3,6-триметилфенола на основе иммобилизованной пероксидазы: дис. … канд. хим. наук. Москва, 2015. 130 с.
- Bayramoglu G., Аriса М. Y. Enzymatic removal of phenol and p-chlorophenol in enzyme reactor: Horseradish peroxidase immobilized on magnetic beads. Journal of Hazardous Materials. 2008, no. 156, pp.148-155.
- Морозов А. Н. Синтез и каталитические свойства наноструктурированных покрытий диоксида титана: дис. … канд. хим. наук. Москва, 2014. 160 с.
- Feng G., Liu S., Xiu Z., Zhang Y., Yu J., Chen Y., Wang P., Yu X. Visible light Photocatalytic activites of TiO2 nanocrystals doped with upconversion luminescence agent. J. Phys. Chem. C., 2008, v. 112, no. 35, pp. 13692-13699.
- Gaya U. I., Abdullah A. H. Heterogeneous photocatalytic degradation of organic contaminationts over titanium dioxide: A review of fundamentals, progress and problems. J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev., 2008, v. 9., no. 1, pp. 1-12.
- Пат. 20080187457 A 1 US, C08F/46, A61L2/10, B05D3/06. Antibacterial Titanium Dioxide Compositions/J. R. Mangiardi; заявитель и патентообладатель. №US 11/937,102; заявл. 08.11.2007; опубл. 07.08.2008. 4 с.
- Gratzel M. Mesoporous oxide junctions and nanostructured solar cells. Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 1999, v. 4, no. 4, pp. 314-321.
- Коленько Ю. В. Синтез нанокристаллических материалов на основе диоксида титана с использованием гидротермальных и сверхкритических растворов: автореф. дис. … канд. хим. наук. Москва, 2004. 26 с.
- Бессуднова Е. В. Синтез и исследование наноразмерных частиц диоксида титана для применения в катализе и нанобиотехнологиях: дис. … канд. хим. наук Новосибирск, 2014. 145 с.
- Tharanathan R. N., Kittur F. S. Chitin -the undisputed biomolecule of great potential. Crit. Rev. Food. Sci. Nutr., 2003, v. 43, pp. 61-87.
- Озерин А. Н., Перов Н. С., Зеленецкий А. Н., Акопова Т. А., Озерина Л. А., Кечекьян А. С., Сурин Н. М., Владимиров Л. В., Юловская В. Д. Гибридные нанокомпозиты на основе привитого сополимера хитозана с поливиниловым спиртом и оксида титана. Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4, №5-6. C. 76-79.
- Mishraa S. K., Ferreirab J. M. F., Kannana S. Mechanically stable antimicrobial chitosan-PVA-silver nanocomposite coatings deposited on titanium implants. Carbohydrate Polymers, 2015, v. 121, pp. 37-48.
- Sidorov A. I., Tikhonov B. B., Molchanov V. P., Sulman E. M. Metalloperoxidase binary system of hydrogen peroxide generation and utilization. 11th International Conference on Materials Chemistry (MC11): book of abstracts. Warwick, 2013, P. 165.
- Тихонов Б. Б., Сидоров А. И., Стадольникова П. Ю., Матвеева О. В., Лакина Н. В., Исследование свойств мультиферментных систем на основе пероксидазы хрена и глюкозооксидазы//Научно-технический вестник Поволжья. 2015. №5. С. 85-87.
