基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

基于金属有机框架材料复合基底表面增强拉曼光谱测定水中的戊二醛

戊二醛在精细化工中的使用,导致大量戊二醛产品如鞣革剂、消毒剂、蛋白质交联剂、组织固化剂等被排放到水体中,对水体生物及生态环境造成严重污染,对整个生态系统带来危害,因此开发对戊二醛快速简易的检测技术至关重要。表面增强拉曼光谱法(SERS)是一种基于待测物分子对光的散射效应而建立起来的定量检测技术,具有灵敏度高,所需样品量少,水干扰小等优势,功能强大,被广泛应用于分析检测领域中。目前尚未见文献报道基于SERS技术用于定量检测环境水体中戊二醛的案例。基于金纳米粒子（AuNPs）的局域表面等离子体共振效应、金属有机框架材料MIL-101(Cr)的富集能力以及对氨基苯硫酚（PATP）与戊二醛之间的席夫碱反应,基于Au@MIL-101/PATP复合材料建立了一种检测水中戊二醛的表面增强拉曼光谱分析方法。通过溶液浸渍法制备Au@MIL-101材料,再利用Au-S共价键作用将PATP修饰到AuNPs表面得到Au@MIL-101/PATP复合基底。利用透射电镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱等方法对基底材料进行表征。论文研究了MIL-101(Cr)中AuNPs的密度对拉曼增强效果的影响,氯金酸浓度为0.6 g·L-1时增强效果最好。戊二醛与PATP的席夫碱反应产物在1 621 cm-1处产生C═N特征峰,戊二醛浓度与I_{1 078}/I_{1 621}信号比值在1×10-7~1×10-5 mol·L-1范围内具有良好的线性,检出限(LOD)为3.5×10-8 mol·L-1。实际样品分析结果表明,自来水和河水水样中戊二醛的加标回收率分别为91.4%~111.8%,89.8%~114.2%,相对标准偏差分别为5.2%~14.5%,8.6%~13.4%。本方法具有操作简单、分析时间短、绿色等优点,为检测水中的痕量戊二醛提供了新思路。     

焊接接头低周被劳裂纹扩展的统计分析与可靠性最弱环模型

在相同的试验条件下,对１６ＭｎＲ压力容器用钢焊接接头焊缝区、热区和母材区,分别做了１５根试样的低周疲劳试验,获得了三个我的低周波劳寿命分布与裂纹扩展规律。试验表明,Ｐａｒｉｓ公式中的两个参数ｍ和ｃ分别服从正态分布和对数正的两个裂纹和蔗间的扩展寿命进行了预测,预测结果与试验符合良好。文中还对焊接接头三个区的低周疲国筌 统计分析,获得了相应的概率密度函数,初步提出了整个焊接接头的可靠性最弱环模型。     

Ne填充对碳纳米豆荚能量传递特征的影响

采用MM+力场的分子动力学方法,对Ne填充碳纳米豆荚的能量传递特性作了研究,分析了不同填充量Ne分子和不同初始动能C60富勒烯纳米豆荚能量传输率的差异.研究表明:Ne填充降低了碳纳米豆英的能量传输率,且Ne分子填充得越多,碳纳米豆英的能量传输率越低;相同Ne填充量情况下,纳米豆荚中C60富勒烯的初始动能越高,碳纳米豆英...     

C60、C240、C60@C240富勒烯分子压缩特性的分子动力学研究

采用Tersoff-Brenner势的分子动力学方法,研究了双石墨层作用下C60、C240及C60@C240富勒烯分子的压缩力学特性.根据计算结果,讨论了三种分子压缩过程中几何构形、能量、压缩载荷等的变化及其差异.研究表明,压缩过程中,仅C240分子出现了“塌陷“现象,塌陷时,该分子的能量及外载一度下降;相同压缩应变下,C240的体积压缩率以及C60@C240的能量吸收率最大,而C60的体积压缩率及能量吸收率均最小; C60@C240分子的最大承载能力及C240的最大承受变形能力最大,而C60分子的最大承载和最大承受变形能力均最小;在C60@C240分子的压缩中,当应变小于20%时,内笼C60的体积及其能量变化很小;C60与C240之间的范德华尔能在整个压缩C60@C240分子的能量变化中仅仅占有非常小的份额.     

焊接接头低周疲劳裂纹扩展的统计分析与可靠性最弱环模型

在相同的试验条件下,对１６ＭｎＲ压力容器用钢焊接接头焊缝区、热影响区和母材区,分别做了１５ 根试样的低周疲劳试验,获得了三个区的低周疲劳寿命分布与裂纹扩展规律。试验表明,Ｐａｒｉｓ公式中的两个参数ｍ 和ｃ 分别服从正态分布和对数正态分布,ｍ 和ｌｏｇ ｃ 呈现统计线性关系。根据文中的统计结果,采用蒙特卡洛法对给定的两个裂纹长度间的扩展寿命进行了预测,预测结果与试验结果符合良好。文中还对焊接接头三个区的低周疲劳寿命进行了统计分析,获得了相应的概率密度函数,初步提出了整个焊接接头的可靠性最弱环模型。     

儿童急性白血病骨髓浸润的MRI与MRS分析

目的 研究儿童急性白血病在发病初期、化疗缓解期及复发期骨髓MRI及MRS成像。方法 研究大连市妇女儿童医疗中心2015年2月至2016年8月间30例儿童(2~16岁)急性白血病患者的MRI平扫及MRS成像特征。急性淋巴细胞白血病25例,急性非淋巴细胞白血病5例;早期组24例,化疗缓解组21例,复发组2例,17例分别在发病初期、化疗缓解期或复发期行MRI检查。对照组为30例同年龄段正常儿童志愿者。结果 急淋初始发病时骨髓在T1信号减低,STIR示骨髓信号较均匀增高;MRS显示发病初期组脂峰消失或地平,水峰高耸。化疗缓解组骨髓腔信号在T1较初发组信号增高;STIR示骨髓信号减低;MRS脂峰复现。早期组与化疗缓解组比较、早期组与对照组之间骨髓FF%有显著性差异(P0.05),而化疗缓解组与对照组比较,无显著性差异(P0.05)。结论 骨髓MRI及MRS作为一种无创性的检查工具,对儿童急性白血病骨髓状态及评价预后具有价值。     

棘头梅童鱼消化道形态与组织学结构特征

为了解棘头梅童鱼消化道形态结构特点, 采用解剖及石蜡切片技术对其进行研究. 结果显示, 棘头梅童鱼的消化道由口咽腔(舌)、食道、胃、幽门盲囊和肠组成. 舌由基舌骨突出外覆黏膜而成, 黏膜上皮为复层扁平上皮, 内含少量味蕾及黏液细胞. 食道、胃、幽门盲囊及肠均可分为黏膜层、黏膜下层、肌层及浆膜层. 食道粗短, 黏膜层被覆复层扁平上皮, 内含大量黏液细胞. 胃呈卜型, 且具有体积较大的胃盲囊. 胃上皮为单层柱状上皮, 上皮之下的固有膜内分布有大量胃腺. 幽门盲囊位于胃与前肠连接处, 呈指状, 有12~17根, 其组织学结构与肠道相似. 肠呈“S”型盘曲, 肠指数为0.72±0.10, 黏膜层被覆单层柱状上皮, 其间分布有少量杯状细胞. 棘头梅童鱼消化道各部形态及组织学结构特征与其食性相适应.     

单壁及双壁纳米碳管径向压缩特性的分子动力学研究

采用Tersoff-Brenner势与L-J势的分子动力学方法,研究了双石墨层作用下(13,0)(、22,0)锯齿形碳管以及它们组合的(13,0)/(22,0)双壁碳管的径向压缩力学特性.根据计算结果,讨论了三种碳管压缩过程中的构型、能量、压缩载荷等的变化及其差异.研究表明,压缩过程中,(22,0)碳管出现了明显的“塌陷”现象,“塌陷”时,能量及外载一度下降;(13,0)/(22,0)碳管的能量吸收能力及承受压缩载荷能力最大;(22,0)碳管的能量吸收能力与承受压缩载荷能力最差,且体积最容易压缩;当压缩应变小于12%时,(13,0)/(22,0)碳管的内管的构型、体积及其能量变化量均很小;内壁与外壁之间的Van der Waals能在整个压缩(13,0)/(22,0)碳管能量变化中仅占很小的份额.