MIL-100-Fe固定化纤维素酶在离子液体中的稳定性研究开题报告

1. 研究目的与意义

资源和环境问题是人类在21世纪面临的最主要的挑战，纤维素是自然界中存在的最广泛的一类碳水化合物，是地球上最为丰富、最廉价的可再生资源，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成，全球每年光合作用产生的植物生物量高达1.141012 t，其中纤维素总量约为50％。

我们现在已知纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。然而，每年我国约有7亿t农作物残渣(稻草、秸秆等）,以及数百万t的纤维素农林废弃物.它们是一种可循环利用的农林废弃物，但没有得到充分利用。科学利用和合理开发这一天然资源成为各国关注的重点领域。目前的一个研究热点是利用纤维素酶将纤维素分解成工业所需的酒精、葡萄糖、化工原料等，具有工业价值。

要想充分利用纤维素这种潜在能源，应该对纤维丝进行预处理。我们现在已知的预处理方法有酸碱预处理、蒸汽爆破预处理、氨纤维爆破、热处理、利用il预处理等方法。酸碱预处理是利用稀酸、稀碱进行处理。naoh、h₂o₂等小分子物质在常温常压下能够有效去除木质素，稀酸能有效地去除半纤维素，从而提高纤维素和酶的比表面积和降解效率。蒸汽爆破主要是利用高温高压水蒸汽处理纤维原料，并通过瞬间泄压过实现原料的组分分离和结构变化。氨纤维爆破法（afex工艺）预处理木质纤维素，就是采用液态氨来分解植物纤维素和半纤维素，在相对较低的温度(60~100℃)和压强(1732~2069kpa)下处理纤维素原料，维持一定的时间后突然开阀释压，氨因压力突然降低而蒸发进入生物质内，在外热作用下与纤维素上的部分羟基形成cell-ohnh₃形式的络合物，催化精细结构从而使纤维素发生膨胀。水热处理技术就是指利用超临界和近临界的水的特殊性质，有机物在一定温度和压力下发生以降解为主的热解、水解和溶解反应以及有氧参加的氧化反应的过程，在此过程中能将高分子有机物变成小分子化合物及其单体，甚至是co₂和h₂0。这几种方法均可使纤维素溶解度增加，结晶度下降。但是，以上方法的处理条件极端，需要高温高压。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

根据已查资料，在il中使用固定化纤维素酶有利于提高酶的稳定性，酶活性以及酶的再利用。因此我们选择使用mof材料为载体，通过物理吸附法将纤维素酶固定于mof材料mil-100-fe上，并探究纤维素酶被mof材料吸附的行为，mof固定化纤维素酶在il中稳定性等。

工作要求：

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

木质纤维素是植物细胞壁的主要成分，是工业生产葡萄糖、酒精的主要生物质来源。但是木质纤维素难溶于水和大多的有机溶剂。il预处理纤维素相比传统预处理方法更加绿色高效，但il对纤维素酶活有抑制作用，固定化纤维素酶可以实现纤维素酶耐il能力的提高。本实验通过物理吸附法研究了金属有机框架mof材料mil-100-fe对纤维素酶的固定效果。研究了mil-100-fe固定化纤维素酶的酶活、最适反应条件（ph和温度）、对il的耐受能力，il中原位水解生物质。并通过xrd、扫描电镜（sem）、bet、n₂吸附等温线等方法表征测定了固定化纤维素酶的特征以及对纤维素酶吸附方式的分析。

实验步骤：

4. 参考文献

[1] himmel me, ding sy, johnson dk, adney ws, nimlos mr, brady jw, foust td (2007) biomass recalcitrance: engineering plants and enzymes for biofuels production. science (80- ) 315:804–807.

[2] zhang l, dos santos acf, ximenes e, ladisch m (2017a) proteins at heterogeneous (lignocellulose) interfaces. curr opin chem eng 18: 45–54.

[3] hamid sba, islam mm, das r (2015) cellulase biocatalysis: key influencing factors and mode of action. cellulose 22:2157–2182.

5. 计划与进度安排

2022年10月1日-2022年11月15日 文献查阅

2022年11月16日-2022年12月31日 mof材料固定化纤维素酶研究

2022年1月1日-2022年4月30日 文献翻译，开题报告，文献综述撰写，材料与方法撰写。