定点突变提高枯草芽孢杆菌角蛋白酶的低温催化活性

【背景】角蛋白酶KerZ1能在60℃的最适温度下高效降解角蛋白底物,然而其在低于最适温度条件下的酶活极低,难以适应工业生产和实际应用的要求。【目的】提升角蛋白酶KerZ1的低温催化活性。【方法】结合同源比对与折叠自由能分析向角蛋白酶KerZ1引入氨基酸突变,并对突变体的酶学性质进行研究。【结果】对KerZ1柔性环区域(loop 13)引入的氨基酸突变T210S、N211S、T212G均使其低温催化活性提升。随后对loop13进行了复合突变并构建了三突变体T210S/N211S/T212G,该突变体在中等温度(40℃)和低温(20℃)条件下的比酶活较KerZ1分别提升了45.68%和85.74%。同时,该突变体在60℃的半衰期(t_(1/2))仅下降11.52%,说明突变体T210S/N211S/T212G在不严重损失热稳定性的情况下其低温催化活性得到了显著的提高。【结论】氢键的减少及氨基酸疏水性降低导致的蛋白质分子柔性的提升,可能是导致突变体酶T210S/N211S/T212G低温催化活性提升的主要原因。本研究从实际应用出发对角蛋白酶进行低温催化活性改造,为其工业化与应用化奠定了基础。

催化剂活性测定实验的改进

为了改善流动法测定催化剂活性的实验,采用浸渍-煅烧法和共沉淀-煅烧法分别制备了CuO-ZnO/Al2O3和CuO-ZnO-NiO/Al2O3催化剂,并与传统的ZnO/Al2O3进行了比较。发现采用浸渍-煅烧法制备的CuO-ZnO-NiO/Al2O3催化剂的低温催化活性最高。实验表明,采用新型CuO-ZnO-NiO/Al2O3催化剂可将甲醇分解的实验温度降低100℃,且实验效果得到明显改善。

制备方法对铁钛催化剂物化性能及脱硝活性的影响

采用氨水共沉淀方法合成Fe 3+/Fe 2+摩尔比为1∶1及掺一定量Ti 4+的铁钛固溶体催化剂,与机械混合研磨方法制备的铁钛催化剂相比较。探讨不同制备工艺对催化剂物化性能及催化活性的影响。借助X射线衍射(XRD)、N 2吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H 2-TPR)、程序升温脱附(NH 3-TPD)等手段对催化剂物理化学性质进行表征。结果表明:通过一步氨水共沉淀法及掺杂一定量Ti有利于提高催化剂的比表面积,抑制氧化物结晶及晶相转变,使得催化剂晶粒尺寸较小,提高低温催化活性;同时说明经过机械混合研磨制备的催化剂,只是氧化物晶体之间简单的机械混合,没有形成紧密的耦合作用,不能有效改善催化性能。

甲醛催化氧化催化剂的研究进展（英文）

甲醛是致癌致畸物并具有较强的光化学活性.它既来源于纺织、农药、板材或其他精细化学品的生产过程,又来源于机动车尾气和室内各种装潢材料.为了人体健康和大气环境去除甲醛非常必要.用催化氧化法去除甲醛是一种很有前景的技术,但是该技术的关键是研究和发展催化剂.近年来,用于甲醛氧化的催化剂主要分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂.贵金属催化剂是将Pt,Pd,Au,Ag等贵金属负载在不同类型的载体上而制得.载体可分为常见载体、传统金属氧化物载体和特殊形貌金属氧化物载体.常见载体是具有较大比表面积的SiO_2,Al_2O_3,TiO_2和分子筛等.这类载体有利于活性位的暴露以及反应物和产物的吸附和扩散,而且还能增强载体和活性组分的协同作用.负载在常见载体上的不同贵金属催化剂,其甲醛氧化活性从强到弱排列是:Pt>Pd>Rh>Au>Ag.用这种载体制备的催化剂具有很出色的应用前景.比如Na-Pt/TiO_2是甲醛氧化活性最好的催化剂,目前己被应用在空气净化器中,其次是Pt/TiO_2和Pd/TiO_2.传统金属氧化物载体主要是采用沉淀法、共沉淀法制备的CeO_2,Fe_2O_3,Co_3O_4,MnO_2及其复合氧化物,这类载体负载Pt的催化剂仍然具有出色的室温催化性能,如Pt/MnO_x-CeO_2和Pt/Fe_2O_3等.虽然Pt负载型催化剂应用前景很好,但是其成本较高,工业生产和普及受到限制.用传统金属氧化物载体制备的催化剂如Au/CeO_2,Ag/MnO_x-CeO_2和Ag/CeO_2等同样具有良好的发展前景.对于提高甲醛氧化活性来说,载体的选择至关重要.未来研究趋势可能是甲醛氧化负载型催化剂更多的会选择Ag或Au作为活性组分,而一些有潜力的传统金属氧化物载体将被使用不同的制备方法进一步改良.目前,拥有棒状、球状、孔状等特殊形貌的金属氧化物载体因为它们本身的催化活性要优于用沉淀法制备的传统金属氧化物催化剂,因此,将Ag或Au负载在这类载体上制备的催化剂具有更好的应用前景,如三维(3D)有序大孔Au/CeO_2-Co_3O_4,二维有序介孔Au/Co_3O_4-CeO_2和Au/Co_3O_4以及三维有序介孔K-Ag/Co_3O_4等.过渡金属氧化物催化剂,因成本低,资源丰富而受到关注.单一过渡金属氧化物催化剂如锰钾矿型的MnO_2纳米棒或纳米球,介孔MnO_2,Co_3O_4和Cr_2O_3等,具有较好的甲醛氧化催化活性(T_(50)和T_(100)分别小于等于110和140℃).另外,Ce,Sn,Cu和Zr等元素常常被掺杂到MnO_x和Co_3O_4中,制备成复合金属氧化物催化剂,MnO_x-CeO_2具有较好的甲醛催化活性(T_(50)<100℃),因为MnO_x和CeO_2较强的相互作用改变了表面活性氧和活性相的数量.目前,复合金属氧化物催化剂氧化甲醛的报道很少.随着制备方法的改变,单一过渡金属氧化物或他们的复合氧化物催化剂可能会成为贵金属催化剂的替代品.目前,如何获得高效、低成本、低温甚至常温去除甲醛的催化剂仍然是一项重要的挑战.特殊形貌的金属氧化物催化剂如3D-Cr_2O_3,3D-Co_3O_4,MnO_2纳米球和纳米棒,在常温下完全转化甲醛仍然是个难以越过的鸿沟.将来,多种形貌的新型纳米金属氧化物及其Au或Ag负载型催化剂的制备和发展会成为一个研究趋势.这种催化剂既能被用于甲醛的催化氧化,也能被用于苯系物或其他VOCs的催化氧化.它能为机动车尾气和工业生产中VOCs产生量的削减提供技术支撑,而VOCs的去除有益于PM2.5浓度的降低和空气质量的恢复.

以TS为载体的催化剂对脱除三甲胺性能的研究

用Ti(SO4)2和硅溶胶制备TS载体。研究了以TS为载体的催化剂催化氧化脱除三甲胺的臭味。在制备TS载体的研究中考察了反应温度、钛硅比、焙烧温度、老化条件(如老化时间、pH值)等因素对载体吸附性能和比表面积的影响,并考察了不同活性组分、不同钛硅比的催化剂对脱除三甲胺的催化活性的影响。实验结果表明,添加Pd活性组分以及Ti∶Si比为4∶1mol的催化剂具有低温催化活性,脱臭效果好。

中低温Fe_2O_3-MnO_2-CeO_2/TiO_2脱硝催化剂的合成、表征及催化活性

选用共沉淀法以Fe,Mn和Ce三元复合氧化物为活性组分,以Ti O2为载体,制备出一种铁基中低温SCR脱硝催化剂Fe2O3-Mn O2-Ce O2/Ti O2.将制备的铁基中低温SCR脱硝催化剂进行脱硝活性模拟测试,结果表明在150℃-250℃温度区间内,掺杂含量不同的Fe2O3-Mn O2-Ce O2/Ti O2复合氧化物催化剂大多都具有持续稳定的脱硝性能,催化效率最高可稳定在91%以上.同时,采用SEM,XRD,TG和EDS等催化剂表征手段,详细分析了其组分分布,空隙结构与催化性质.