第四章 第二节 聚酯功能化生物整理.ppt

纺织生物技术Textile Biotechnology 第四章 整理中的生物加工技术 第四章 整理中的生物加工技术 第一节 生物抛光 第二节 聚酯功能化生物整理 第三节 羊毛防毡缩生物整理 第四章 整理中的生物加工技术 第一节 生物抛光 第二节 聚酯功能化生物整理 第三节 羊毛防毡缩生物整理 聚酯功能化生物整理 概述 PET生物分解的机理 PET生物处理效果的检测与评价 菌株的选育 酶的筛选与改造 我们的工作 聚酯功能化生物整理 概述 聚酯（Poly(ethylene terephthalate)， PET）是重要的通用高分子材料。PET纤维（涤纶）一直是合成纤维中产量最大、种类最多的品种，PET材料还广泛应用于工程塑料、生物材料、容器及产品包装等多个领域。 虽然具有很多优良的性能，但是由于其表面具有很高的疏水性，限制了PET在信息功能材料、生物医学材料等领域作为高性能材料的应用。 聚酯功能化生物整理 概述 生物技术是当今科技进步的重要推动力量，以生物催化为主要内容的新一代工业生物技术对物质的制造与加工有重要意义。 尽管生物催化已经在化学品、能源和材料等许多领域开始发挥重要作用，但是与高聚物尤其是合成高聚物有关的生物催化和生物转化研究仍是目前研究的热点。 与小分子物质不同，高聚物的生物反应性能除了与分子组成与结构有关，更受其大分子链的聚集态结构的影响，比如有许多高聚物虽然从化学结构上看，其分子链中存在易发生反应的化学键，但实际上却难以发生生物催化反应。 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 微生物处理条件下的PET生物分解机制 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 微生物处理条件下的PET生物分解机制 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 微生物处理条件下的PET生物分解机制 以高聚物为底物的生物催化过程与以可溶性小分子为底物的过程有很大的不同。由于PET不溶于水并且分子较大，微生物不能够直接将PET大分子摄入细胞，而进行利用。 在以PET为底物的生物催化反应中，首先需要细胞分泌出一定的胞外酶。通过酶分子上的活性位点与PET大分子链的特点部位结合，在酶的催化作用下，PET大分子链发生化学键的断裂，导致PET大分子的分解。 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 微生物处理条件下的PET生物分解机制 随着生物催化分解反应的进行，会陆续产生短链物质。当分子链足够短的时候，这些PET分解产物就可以溶解在发酵液中，成为可溶性物质。 这些可溶性的小分子中间产物可以被细胞摄入，作为碳源参与细胞内的代谢过程。在细胞内的代谢循环中，这些物质被逐步分解，直至最终形成二氧化碳和水等最终产物。 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 微生物处理条件下的PET生物分解机制 在此过程中，PET大分子在胞外酶作用下的分解是整个过程的限速步骤。而且，由于胞外酶分子太大因而不能进入到PET的内部，生物催化分解反应只能在PET底物的表面进行，这个过程使得PET材料的生物催化分解过程是一个典型的表面侵蚀过程。 另外，PET是不溶性的大分子物质，其是在胞外酶作用下的分解过程是发生在固相和液相接触面的多相反应，其机理必然不同于以可溶性小分子为底物的均相反应。 聚酯功能化生物整理 PET生物催化分解的机理 底物结构与性能对PET生物催化反应的影响 高聚物的分子量、聚合度、结晶度及亲水性等特征都是影响生化反应发生的重要因素。 链段活性是影响聚酯生物反应性能的关键因素 聚酯功能化生物整理 PET生物处理效果的检测与评价 以底物为对象的分析方法 亲水性：接触角测量法 吸水性：垂直芯吸实验、水滴在织物表面的扩散 织物的染色性能 聚酯功能化生物整理 PET生物处理效果的检测与评价 以底物为对象的分析方法 超分子结构变化 差式扫描量热法（DSC） 傅里叶红外变换光谱学（FTIR） X射线衍射（XRD） 形态结构 扫描电镜（SEM） 原子力显微镜（AFM） 表面化学结构 X-射线光电子能谱法（XPS） 傅里叶红外变换光谱法（FTIR） 聚酯功能化生物整理 PET生物处理效果的检测与评价 以产物为对象的分析方法 紫外可见分光光度法 液相色谱法 聚酯功能化生物整理 菌株的选育 到目前为止，可用于PET生物处理的菌株有Fusarium solani（腐皮镰孢菌）、Pseudomonas mendocina（门多萨假单胞菌）、Thermobifida fusca（嗜热子囊菌）、Thermomyces insolens（嗜热腐质菌）、Burkholderia cepacia（伯克霍尔德氏菌）、Candida antarctica（南极假丝酵母）、Thermomyces lanug