标题：SBA15
SBA-15的合成
介孔分子筛SBA-15典型的合成过程是： 在35-40℃的条件下，将三嵌段表面活性剂P123(Aldrich，EO20PO70EO20，Ma=5800)溶于适量去离子水，向其中加入正硅酸乙脂(TEOS)、盐酸(HCl)，持续剧烈地搅拌24h以上，装入乙烯瓶内晶化24h以上，过滤、洗涤并干燥，最后在550℃煅烧5h以上除去模板剂或者用溶剂回流洗去模板剂，然后过滤、洗涤并干燥，得到的白色粉末即为SBA-15。实验所用各原料的摩尔比约为1TEOS：0．017P123：5．88HCl：136H2O。
SBA-15的合成机理
介孔分子筛SBA-15的合成符合中性模板机理(S0I) ：用中性表面活性剂P123(S0)，和中性无机硅物种(I0)通过氢键键合，不存在强的静电作用，并随硅烷醇的进一步水解、缩合导致短程六边形胶粒的堆积和骨架的形成。 
SBA-15的合成条件温和，表面活性剂易除去，且不易引起结构坍塌；中性表面活性剂与中性无机前驱体间的排斥力比离子表面活性剂与带电荷的无机前驱体间的排斥力小得多，能够形成较厚的孔壁，进而提高了分子筛骨架结构的热及水热稳定性。
影响SBA-15结构的因素
影响介孔分子筛SBA-15结构的因素很多，主要有以下几个方面：Templin M，franck A等研究表明，有机共聚物作模板剂可以通过改变其本身的化学结构、链长、官能团，达到调节产物尺寸、机械性能和热性能的目的。 
赵东元等用一种新的方法-共溶剂法来控制介孔材料颗粒外貌和形状。如以N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 为共溶剂可得到高度有序、大孔径、“面包圈”状的介孔分子筛SBA-15。通过控制所加共溶剂的量、极性大小等也可以改变SBA-15的形貌，如以四氢呋喃为共溶剂可以合成“鸡蛋肠”状的SBA-15。 
通过选择硅源，添加助剂来控制SBA-15形貌。如选择用正硅酸已脂为硅源得到的是“麦穗状”SBA-15；选择用正硅酸甲脂为硅源得到的是“腰果状”SBA-15；加入电解质，如K2SO4，将得到圆片状SBA-15。 
Kohji Miyazawa和Shinji Inagaki通过改变合成的温度和硅源与模板剂的比率来控制SBA-15孔容和孔率，他们指出温度高于100℃时不能合成介孔分子筛SBA-15， 增大硅源与模板剂的比是增加孔容的有效方法。Y Bennadja，P Beaunier等人也观察到无机前驱体和有机前驱体之间关系非常紧密，对SBA-15合成有很大的影响。 
Ye Wang，Masato Noguchi等合成的SBA-15孔径在3．6-12nm之间可调，他们是加入了三甲基苯作为扩容剂及利用后合成热处理的办法增大孔径。
SBA-15的化学改性
介孔分子筛SBA-15在分离、催化及纳米组装等方面具有很大的应用价值，可是由于存在化学反应活性不高等内在的缺点，大大限制了它的实际应用范围。为实现介孔分子筛SBA-15的潜在应用价值，依靠化学改性来提高它的水热稳定性和化学反应活性成为现在面临的主要研究课题。 
化学改性包括对材料骨架的修饰以及对孔道表面的功能化。由介孔材料的表面化学性质研究可知，介孔氧化硅材料表面的硅醇键具有一定的化学反应活性，这是表面化学改性的基础。通过对SBA-15表面有意识地进行各种不同的修饰，来满足现实应用中的不同要求。 
袁兴东等利用含磺酸基的有机基团Si-(CH2)3-SO3H中的硅与SBA-15骨架上的氧通过Si-O键结合，直接形成稳定的有机/无机组成，在SBA-15一SO3H表面含有质子酸中心-SO3H具有较大的比表面积、 孔容和孔径，孔大小是单一的，孔分布是高度有序的．催化油酸甲酯的酪化反应结果表明，直接法合成的催化剂既具有较高的稳定性，又具有简便、快捷和高效的优点。 
朱金华，沈伟等采用钛酸丁酯和已酰丙酮作用后的产物作为钛的前驱体，水热一步法合成Ti-SBA-15， 用钛原子成功取代硅原子而不改变原SBA-15高度有序的二维六角结构。 一步法合成Ti-SBA-15分散度较好，添加量高，对催化氧化环乙烯有较高的催化活性。 
聂聪， 孔令东等采用后铝化的方法合成出A1-SBA-15，将铝原子引入到SBA-15的骨架当中，在800℃水蒸气中处理8h，比表面和孔容的减小要比Si-SBA-15小很多； 在pH=2的酸溶液和PH=11的碱溶液中处理后，比表面、孔容、孔径、壁厚变化很小甚至几乎没有变化， 进一步说明了A1-SBA-15有较高的热及水热稳定性和酸碱溶液稳定性。 
李聪明等用负载法对SBA-15进行了磷酸改性，合成出了P-SBA-15。用该催化剂催化叔丁醇与苯酚的烷基化反应，表明改性的SBA-15是一种活性较高且稳定性好的苯酚烷基催化剂。 
吴宝萍等采用直接和间接的方法将硼原子嵌入介孔分子筛SBA-15骨架中，并用于催化柠檬酸与正丁醇的酯化反应，结果表明制备出的催化剂孔径大、水热稳定性好、催化活性高、易于产品分离且环境友好。 
迄今为止，精细化工、药物合成等方面主要使用微孔沸石或氧化物为载体的碱催化剂，随着原料油中重质油份的增多，石油炼制和石油化工迫切需要具有较大孔径的催化剂，研制固体碱新材料是发展环境友好碱催化新工艺的关键。魏一伦， 曹毅等分别采用浸渍、浸渍-微波、微波辐射等方法将醋酸镁高分散在SBA-15上面成为MgO改性介孔固体碱材料。结果显示：使用不同负载方法以及含铝SBA-15为载体， 均能使MgO均匀分散。实验表明负载的MgO在载体上形成了多层重叠结构，产生较多的中强碱位，而在介孔分子筛中引入A1原子则有利于碱位的形成。 
我们利用酸性和酸量调节合成的Si-SBA-15在水热稳定性方面有了较大的提 高，从沸水中考察100小时后的XRD图来看，仍然具备SBA-15典型的特征峰和规整的孔道结构。
SBA-15的应用进展
介孔分子筛SBA-15比表面大，均一的孔道直径分布，孔径可调变，壁厚且水热稳定性很高，所以SBA-15在催化、分离、生物及纳米材料等领域有广泛的应用前景。 
SBA-15大的孔径有利于反应物在孔道内的运输，有利于反应的进一步进行，随着反应物引入量的提高，具有一维结构的各种材料的纳米线相继在孔道中合成。Yang等在SBA-15一维有序的管道内高温分解AgNO3，制得直径为5-6nm的Ag纳米线。采用类似方法，Stucky利用SBA-15合成了Pt，Ag和Au的纳米线。 
固定和分离蛋白质的传统方法是溶胶-凝胶法，它主要是利用溶胶-凝胶的分子筛性质，由于这种方法所得的材料的孔径不均一，造成对蛋白质的分离效果不佳。而介孔材料在孔径分布上有其独特的优越性，因此将在蛋白质分离上有其潜在的应用价值。 Stucky等首先利用经过氨基化的不同孔径的介孔分子筛SBA-15(孔径为5．9nm) 及MCF(孔径为16nm)，通过调节溶液的离子强度，达到对不同大小的蛋白质的分离。另外，在柱层析和高效液相色谱分析中很重要的一个因素是填柱材料。由于介孔分子筛材料孔径可调，表面可官能团化为疏水或亲水环境，且比较容易制备为较理想的球形材料，因此可以作为较理想的色谱填柱材料。赵东元等利用C18修饰过的介孔SBA-15材料作为色谱填柱材料， 分别实现了对不同大小的生物分子(包括多肽和蛋白质)的色谱分离。另外，介孔分子筛SBA-15可以结合酶底物化学、抗体注FL原化学等，通过测定电流或电位，构成不同的生物传感器，以及在生物芯片、药物的包埋和控释等方面有重要的应用前景。 
传统的沸石类分子筛由于其孔径太小难以满足一些反应的需要，因此迫切需要具有较大孔径的分子筛催化材料。这就要求采用介孔分子筛来作为新的催化剂材料或催化剂载体，利用其较大的孔径增加扩散速度。因此，研究和开发介孔分子筛材料已成为当代分子筛和催化领域的研究热点。通过元素取代等方法对介孔材料进行表面改性，不仅可以提高介孔材料的水热稳定性，还可以通过改变表面修饰的组分来设计和改造介孔材料，合成新型的催化剂材料。张雪峥，乐英红，高滋将-Fe2O3负载SBA-15作为催化剂，研究了负载量、预还原温度和反应温度对乙酸选择加氢制乙醛反应的活性和选择性的影响，结果表明负载催化剂上乙醛的产率要比纯-Fe2O3催化剂高。 
郑欣梅，齐彦兴，张小明，索继栓将手性Salen Mn(III) 配体固载到SBA-15上来催化苯乙烯的不对称环氧化反应，结果表明SBA-15为载体的催化剂可以得到与均相催化剂同样甚至更好的催化效果。在反应过程中，没有出现催化剂被氧化剂破坏的现象， 它比以MCM-41为载体的催化剂有更好的不对称诱导效果， 说明SBA-15很适合用作手性催化剂的载体。 
以上这些材料都克服了一般材料孔径太小，离子交换能力小，酸含量及酸强度低，水热稳定性不高等缺点，显示出了优良的催化性能。 
介孔碳是最近发现一类新型的非硅基介孔材料，由于它具有巨大的比表面积(可高达2500m2/g) 和孔体积(可高达2．25cm3/g)，非常有望在催化剂载体、储氢材料、电极材料等方面得到重要的应用，因此受到人们高度重视。合成介孔碳的通常的方法是硬模板法，利用MCM-48，SBA-15等介孔分子筛为模板，选择适当的前驱物，在酸的催化下使前驱物碳化，沉积在介孔材料的孔道内，然后用NaOH或HF等溶掉介孔SiO2，就得到介孔碳。Ry-oo等以SBA-15为模板剂合成出CMK-3等。另外一种仅仅在介孔SBA-15的孔道内壁沉积上一定厚度的碳，除去介孔SiO2后，得到同样是二维六方阵列的碳纳米空心管。
结束语
介孔分子筛SBA-15的研究在过去短短的几年中取得了很大的进步，同时也为催化、吸附分离以及高等无机材料等学科开拓了新的研究领域。在介孔硅基分子筛制备研究中发现的基于表面活性剂超分子组装技术也将是该领域的主要研究方向之一，关于反应物和溶剂分子在分子筛SBA-15孔道内的扩散行为和存在状态及其对催化反应的影响、分子筛在催化反应体系中的机械与化学稳定性，分子筛在 
反应后的回收及再活化等方面的研究也会引起普遍重视。可以设想，有关新组成或新结构中介孔硅基分子筛SBA-15的合成及其骨架形成机理以及各骨架元素之间的化学配位关系的研究，仍将继续深入。随着以上各方面工作的进一步开展，介孔分子筛SBA-15理论研究和应用方面必将走上新台阶。
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摘要利用吸附法将假丝酵母脂肪酶(candida rugosa lipase，CRL)固定在介孔分子筛SBA?15上，对比了由单波长紫外分光光度法、双波长紫外分光光度法和二辛可宁酸法(bicinchoninic acid method， BCA)法测定的酶蛋白浓度及酶蛋白固定量。结果表明: SBA?15对紫外吸收有明显干扰，单波长紫外法测定结果远大于双波长紫外法和BCA法，双波长紫外法和BCA法测定结果较接近。利用BCA法测定了不同浓度CRL在介孔分子筛上的固定量，考察了固定化酶的泄漏量。在编号分别为Lu001和LLSD1的介孔分子筛SBA?15上的载酶量分别为16.6和114.12 mg/g。在缓冲溶液中SBA?15固定化酶的泄漏率只约为0.5%，可作为良好的酶固定化载体。关键词介孔分子筛SBA?15，脂肪酶，酶蛋白固定量，紫外分光光度法，二辛可宁酸法1 引 言介孔材料孔径介于微孔与大孔之间，具有大的表面积和多维孔道结构，介孔硅基分子筛SBA?15具有高度有序的六边形直孔结构，孔径在5～50 nm范围，对酶分子具有较强吸附能力，是固定化酶的新材料[1]。将酶固定于介孔分子筛上有利于保持酶活稳定性，便于酶的重复利用。高的酶固定量和低的酶泄露量是固定化效果的重要指标。介孔分子筛载体的酶固定量测定方法有紫外分光光度法[2,3]、BCA(bicinchoninic acid method)法[4]、Bradford法[5,6]、凯氏定氮法[7]及Lowry法[8]等。针对不同分析方法的酶固定量测定结果差异以及介孔分子筛干扰未见报道，无法判断不同分析方法所测结果的可比性。为此，本研究分别采用常见的单波长紫外分光光度法、双波长紫外分光光度法和BCA法考察了CRL在介孔分子筛SBA?15上的固定量和介孔分子筛对紫外吸收的影响，分析了不同SBA?15的固定量差异，考察了固定化酶的泄露量，为将介孔分子筛固定化脂肪酶用于催化反应的后续研究奠定了基础。2 实验部分2.1 材料与仪器
TG16高速离心机(19310 g，长沙英泰仪器有限公司);UV?2000紫外可见分光光度计(尤尼柯上海仪器厂); vertex 70型红外光谱仪(德国Bruker公司);AM?3250B型磁力搅拌恒温器(天津奥特赛恩斯仪器有限公司)。
介孔分子筛SBA?15的合成利用表面活性剂Pouronic P123(EO20PO70EO20, 美国Aldrich公司)为模板剂，以浓HCl( 35%～37%)为催化剂，通过对正硅酸乙酯(Si(OC2H5)4, TEOS, 95.0%，日本Junsei Chemical公司)的分解和硅缩聚反应后而得到。编号Lu001和LLSD1的介孔分子筛合成方法基本相同，原料量略有不同，二者的BET比表面积762 m2/g，孔容0.87 cm3/g，孔径7.18 nm，壁厚3.55 nm。柱状假丝酵母脂肪酶(candida rogusa lipase, CRL)购自日本Amano酶技术公司;BCA蛋白定量试剂盒购自美国Pierce公司。实验用水为二次蒸馏水。
2.2 傅立叶变换红外(FT?IR)测试
样品和KBr在115 ℃下抽真空烘干10 h。将300 mg KBr和2.2 mg样品在研钵中混合研磨成细粉后压片，干燥后立刻置于红外光谱仪的石英原位池中测试。仪器分辨率为2 cm-1，扫描波数范围4000～400 cm-1，扫描128次。
2.3 CRL在SBA?15上的固定化
将CRL磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)以3000 r/min离心15 min，收集上清液，得原酶溶液。将适量SBA?15放入原酶溶液中，在15 ℃水浴和150～200 r/min下搅拌吸附21 h，再以10000 r/min下离心15 min，收集上清液为吸余液。用磷酸盐缓冲溶液清洗分子筛4次以洗脱疏松附着的酶，洗脱液再以10000 r/min离心15 min，取出上清液为清洗液。测定原酶溶液、吸余液和清洗液的酶蛋白含量，根据物料衡计算得出酶蛋白固定量(immobilized amount of enzyme protein, mg)，取单位质量分子筛的酶蛋白固定量为载酶量(enzyme loading, mg/g)。
2.4 固定化CRL的泄漏
将上述载酶SBA?15移入70 mL磷酸盐缓冲溶液中，在15 ℃水浴、以150～200 r/min搅拌并定时取样，样品再以10000 r/min离心15 min，分析上清液中的酶蛋白泄漏量。
2.5 蛋白质定量方法
分别用单波长紫外分光光度法、双波长紫外分光光度法和BCA法测定样品蛋白质含量。单波长紫外法公式为：C(protein)(g/L) =F×A280×D/d，式中A280为280 nm波长处吸光度，D为溶液稀释倍数，d为石英比色皿厚度(cm)，F为校正因子。双波长紫外法Warburg?Christian公式为：C(protein)(g/L)=1.55A280-0.76A260; Lowry?Kalckar公式为：C(protein)(g/L)=1.45A280-0.74A260，式中A260和A280分别为260 和280 nm紫外波长下的吸光度。BCA法参照美国Pierce公司蛋白定量方法测定。 分 析 化 学第37卷第8期尚 雁等：介孔分子筛SBA?15的脂肪酶固定量分析测定3 结果与讨论3.1 蛋白质定量方法对比
图1表明不同浓度CRL溶液在260～280 nm均有一个较强的吸收峰，该吸收峰为蛋白质芳香族氨基酸的特征峰，用于蛋白质含量测定。将粗酶浓度为6 g/L的CRL溶液进行不同倍数稀释，得到一系列相对浓度已知的酶溶液，分别用单波长和双波长紫外法以及BCA法测定酶浓度，验证所测浓度比例关系是否符合其相对浓度，由此得出各检测方法的准确度。图2结果说明BCA法测定结果与样品稀释后的相对浓度最接近，双波长紫外法测定值与BCA法接近，单波长法测定结果远高于BCA法和双波长紫外法。由表1中的相对浓度计算结果可知，BCA法的相对误差最小，单波长和双波长紫外法的相对误差较大。这是因为BCA法的原理是以工作试剂CuSO4中的Cu2+螯合蛋白质分子，发生显色反应测试吸光度，因此抗干扰能力较强，准确度较高。紫外分光光度法操作步骤少，简单快捷，不用显色试剂，不消耗样品。但是，直接检测光密度值受溶液中杂质干扰影响较大，误差较大。
为考察介孔分子筛对吸光度的影响，分别在3 mL蒸馏水中加入0.1, 0.6和0.9 mg SBA?15(编号Lu001)，以蒸馏水为参比样，测定其吸光度，并计算出可能对蛋白质测定产生的浓度值偏差。表2说明SBA?15有明显紫外吸收。为此，本实验的样品溶液以10000 r/min离心，以消除介孔分子筛对吸光度的干扰。表1 不同方法测定蛋白质浓度的结果表2 SBA?15对吸光度的影响 表3为不同定量方法测定的 SBA?15(编号为Lu001)对CRL的固定量，3次平行实验的初始粗酶浓度均为6 g/L，SBA?15载体用量均为0.36 g，双波长紫外法测定结果略高于BCA法; 单波长紫外法测定结果远高于双波长法和BCA法。表3还说明BCA法的精密度高于单波长与双波长紫外法，这是因为BCA法靠显色反应测试吸光度，灵敏度较高，且介孔分子筛不参与显色反应，抗干扰能力较强，重现性好，更适合介孔分子筛载体的酶固定量和酶泄露量的测试;紫外分光光度法受溶液中杂质和残留介孔分表3 SBA?15上的CRL固定量及载酶量
◆: 固定量(amount of immobilized protein); ◇: 载酶量(enzyme loading).子筛干扰较大。由于双波长紫外法测定的酶固定量结果与BCA法较接近，若实验条件有限或者为了不消耗样品且干扰因素较少，可使用双波长紫外法来代替BCA法测定酶固定量，每个样品中的介孔分子筛干扰可通过物料衡算而抵消。
3.2 不同初始酶浓度时BSA?15载体上的酶固定量
利用BCA法测定不同初始酶浓度条件下LLSD1对CRL的固定量，图3表明当酶浓度较低时，SBA?15载体对CRL的固定量和载酶量随酶浓度的增加而线性增加，但是当酶蛋白浓度达到约0.29 g/L(粗酶浓度约1 g/L)时固定量和载酶量达到平稳，最大载酶量为114.2 mg/g。
3.3 两种SBA?15载体的酶固定量
在初始酶浓度均为2 g/L、分子筛用量均为0.12 g相同条件下，LLSD1和Lu001对CRL的固定图4 LLSD1(a)和Lu001(b)的SEM电镜照片
Fig.4 SEM images of LLSD1(a) and Lu001(b)量分别为13.70和2.00 mg;载酶量分别为114.2和16.6 mg/g。可见，LLSD1的固定量及载酶量远大于Lu001。图4为LLSD1和Lu001的SEM电镜照片，可见二者外观形状基本相同，均属于SBA?15的传统形状[9]，二者大小也无明显区别。图5是LLSD1和Lu001的FT?IR谱图，从图中可看出LLSD1表面上的羟基基团数量大于Lu001。由于酶的吸附是酶和介孔材料表面上的羟基通过氢键作用完成的，介孔分子筛表面上的羟基通过氢键作用可以促进对酶的吸附[10]。因此， 图5 Lu001(1)和LLSD1(2)的FT?IR谱图
Fig.5 FT?IR spectra of Lu001(1) and LLSD1(2)两种介孔分子筛对酶固定量差异很可能与介孔分子筛的羟基含量有关，具有较高羟基含量有利于固定更多的CRL。
3.4 SBA?15固定化酶的泄漏量
固定化酶容易“脱落”到水相中成为游离酶，即“泄漏”[11]。图6表明Lu001固定化CRL在缓冲溶液中100 h后的泄漏率为0.56%，LLSD1的泄漏率为0.53%，泄露量均较低，说明SBA?15是良好的酶固定化载体。泄露率较低可能与SBA?15孔径大小有关。研究[3,12]表明, 当介孔材料的孔径与酶分子大小相适应时，固定化酶的稳定性较好。Lu001和LLSD1的孔径均为7.18 nm，假丝酵母脂肪酶的动力学直径约为5 nm，二者大小较匹配，使酶分子恰好固定于孔内而不易发生泄露。
◆，■，▲，● 为泄露量(leakage); ◇，口，△，○为泄露率(leakage rate)，其中◆， ◇ ： 0.12 g LLSD1， 载酶量(enzyme loading) 114.2 mg/g; ■,口： 0.24 g LLSD1， 载酶量(enzyme loading) 111.3 mg/g;▲, △： 0.36 g Lu001， 载酶量(enzyme loading) 14.2 mg/g;●,○： 0.36 g Lu001， 载酶量(enzyme loading) 16.6 mg/g。参考文献1 Lei C, Shin Y, Liu J, Ackerman E J. Journal of the American Chemical Society, 2002, 124: 11242～11243
2 Lei J, Fan J, Yu C Z, Zhang L Y, Jiang S Y, Tu B, Zhao D Y. Microporous and Mesoporous Materials, 2004, 73: 121～128
3 Essa H, Magner E, Cooney J, Hodnett B K. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2007, 49: 61～68
4 Rosales?Herńandez M C, Mendieta?Wejebe J E, Correa?Basurto J, Vázquez?Alcantara J I, Terres?Rojas E, Trujillo?Ferrara J. International Journal of Biological Macromolecules, 2007, 40: 444～4485 Gao Bo(高 波), Zhu Guang?Shan(朱广山), Fu Xue?Qi(付学奇), Xin Ming?Hong(辛明红), Chen Jing(陈 静), Wang Chun?Lei(王春雷), Qiu Shi?Lun(裘式纶). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报), 2005, 26(10): 1852～1854
6 Humphrey H P Y, Wright P A, Botting N P. Microporous and Mesoporous Materials. 2001, 44?45: 763～768
7 He J, Xu Y, Ma H. Journal of Colloid and Interface Science, 2006, 298: 780～786
8 Xu Jian(徐 坚), Yang Li?Ming(杨立明), Wang Yu?Jun(王玉军), Luo Guang?Sheng(骆广生), Dai You?Yuan(戴猷元). Journal of Chemical Industry and Engineering(China)(化工学报), 2006, 10(57): 2407～2410
9 Zhao D Y, Feng J L, Huo Q S, Nicholas M, Fredrickson G H, Chmelka B F, Stueky G D. Science, 1998, 279: 548～552
10 Zheng L Y, Zhang S Q, Zhao L F, Zhu G S, Yang X Y, Gao G, Cao S G. Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic, 2006, 38: 119～125
11 Zhu Y F, Shen W H, Dong X P, Shi J L. Journal of Materials Research, 2005, 20: 2682～2690
12 Diaz J F, Balkus K J. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 1996, 2: 115～126