二維及三維具羧酸官能基中孔洞材料之合成、鑑定及蛋白質之吸附應用

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賴晏珊(Yan-shan Lai) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

二維及三維具羧酸官能基中孔洞材料之合成、鑑定及蛋白質之吸附應用

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摘要(中)

本論文主要是分別利用三嵌段共聚高分子Pluronic F127及 Pluronic P123作為模板，將具有羧酸官能基的矽源CES (carboxyethylsilanetriol sodium salt) 和TEOS (tetraethyl orthosilicate) 作為共同矽源，成功地在低酸量之條件下以直接共聚合成法進行合成，分別合成具有羧酸官能基之三維立方結構之中孔洞材料及二維六角柱狀之中孔洞材料，且羧酸官能基含量可高達50%。並利用X-ray 粉末繞射、固態核磁共振光譜、等溫氮氣吸脫附、紅外線光譜儀、熱重分析儀、穿透式電子顯微鏡及掃描式電子顯微鏡等儀器鑑定材料的結構，同時也鑑定官能基含量對孔洞性質的影響。
將上述所合成的中孔洞材料，其簡稱分別為FTC-x，結構為三維面心立方對稱結構 (face-centered cubic structure, Fm3m) 以及CS15-x系列樣品為二維六角柱狀結構 (hexagonal, P6mm)，其中x=[CES/(CES+TEOS)] ，為材料當中羧酸官能基之含量，將兩種不同結構之材料應用在蛋白質分子的吸附，測試具有羧酸官能基之材料是否為可做為生化分子良好的儲存處。發現隨著溫度及pH值愈高在適當的官能基含量中皆有助於提高吸附量，並且Langmuir 等溫吸附模式比 Freundlich 等溫吸附模式更適合描述中孔洞材料吸附蛋白質之的系統，並進一步探討吸附動力學，吸附行為屬Pseudo-second order模式。

摘要(英)

Mesoporous silicas FDU-12 and SBA-15 functionalized with various contents of carboxylic acid groups were successfully synthesized via co-condensation of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and carboxyethylsilanetriol sodium salt (CES) under acidic conditions using triblock copolymer Pluronic F127 and P123 as template, respectively. The –COOH functionalized FDU-12 (FTC-x) exhibited a cubic mesostructure, while –COOH functionalized SBA-15 (CS15-x) was hexagonal. The materials were characterized by powder X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption measurements, solid-state 13C and 29Si MAS NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The prepared carboxylic acid functionalized cubic and hexagonal mesoporous silicas were used as suitable adsorbents for adsorption of antimicrobial protein (hen egg white lysozyme). The adsorption processes were systematically studied by varying concentration, pH and temperature. The prepared adsorbents showed an excellent adsorption capacity due to well-ordered pore structures. The isotherm models and kinetic models properties were analyzed to describe the adsorption behavior of the prepared materials. Langmuir model and pseudo-second-order kinetics were well-fitted in the simulation of the adsorption behavior of protein on the prepared materials.

關鍵字(中)

★ 中孔洞材料
★ 蛋白質
★ 羧酸官能基

關鍵字(英)

★ mesoporous materials
★ protein
★ carboxylic acid

論文目次

目錄
中文摘要 I
Abstract II
謝誌 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1-1中孔洞二氧化矽分子篩材料 1
1-1-1 中孔洞材料之簡介 1
1-1-2 中孔洞材料之發展 1
1-1-3 中孔洞材料之定義 5
1-2界面活性劑與矽酸鹽性質之簡介 7
1-2-1 界面活性劑結構與種類 7
1-2-2共聚高分子 (block copolymer) 9
1-2-3 微胞的形成與結構 11
1-2-4界面活性劑與矽氧化物之作用力 15
1-3 中孔洞材料之合成與製備 19
1-3-1 中孔洞材料之合成機制 19
1-3-2 表面修飾官能基之中孔洞材料 21
1-3-3 表面修飾羧酸官能基之中孔洞材料 23
1-4 中孔洞材料吸附蛋白質之簡介 27
1-6 研究動機與目的 30
第二章實驗部分 31
2-1 實驗藥品 31
2-2 實驗步驟 32
2-2-1 合成具羧酸官能基的SBA-15 ( CS15-x ) 32
2-2-2合成具羧酸官能基的FDU-12 ( FTC-x ) 32
2-2-4以硫酸溶液裂解孔洞中的模板 33
2-2-8 蛋白質檢量線之製作 33
2-2-9 中孔洞材料在不同反應時間及pH值下之蛋白質吸附實驗 35
2-2-10 中孔洞材料在不同pH值及溫度下之蛋白質吸附實驗 35
2-2-11 中孔洞材料在不同pH值及初始濃度之蛋白質吸附實驗 35
2-2-12 不同pH值下之蛋白質釋放實驗 36
2-3 實驗設備 37
2-3-1 實驗合成設備 37
2-3-2 實驗鑑定儀器 37
2-4 鑑定儀器之原理 38
2-4-1 同步加速器光源 38
2-4-2 X射線粉末繞射 (Powder X-Ray Diffractometer) 40
2-4-3 氮氣吸脫附等溫曲線、表面積與孔洞特性鑑定 41
2-4-4 傅立葉紅外線吸收光譜 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy; FTIR) 47
2-4-5 紫外光-可見光光譜 (UV/Vis Absorption Spectrocopy) 48
2-4-6 熱重分析 (Thermogravimetric Analysis; TGA) 49
2-4-7穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope; TEM)
51
2-4-8 低真空掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope; SEM) 53
2-4-9 固態核磁共振 (Solid State NMR) 55
第三章結果與討論 64
3-1 合成不同矽源比例之中孔洞材料 64
3-1-1 CS15-x系列XRD 64
3-1-2 13C CP/MAS NMR 66
3-1-3 29Si MAS NMR 69
3-1-4 等溫氮氣吸脫附 72
3-1-5 FT-IR紅外線光譜 76
3-1-6 熱重分析 79
3-1-7 SEM影像 81
3-1-8 TEM影像 84
3-1-9 表面電位 87
3-2 中孔洞材料吸附蛋白質之吸附實驗 89
3-2-1 在不同反應時間吸附蛋白質之效果 89
3-2-2蛋白值初始濃度對中孔洞材料吸附之影響 91
3-2-3在不同pH值下吸附蛋白質之效果 95
3-2-4不同蛋白質在不同pH值下之吸附 99
3-2-5蛋白質之釋放實驗 101
3-3中孔洞材料吸附蛋白質之性質鑑定 103
3-3-1 XRD繞射圖譜 104
3-3-2 TEM影像 105
3-3-3等溫氮氣吸脫附 106
3-3-4 FT-IR紅外線光譜 109
3-3-5等溫吸附模式 111
3-3-6動力學吸附探討 117
3-3-7分子內擴散模型之探討 120
第四章結論 123
第五章參考文獻 124
附錄一 124

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指導教授

高憲明(Hsien-ming Kao)

審核日期

2014-7-16

推文