Bentonit/kitosan/poli(akrilamid) kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu: Üreaz immobilizasyonunda kullanımı

Abstract

Bu çalışmanın amacı, bir hidrojel olan poliakrilamidin (PAAm) bentonit (B) minerali ve bir aminopolisakkarit olan kitosan (Ch) ile oluşturduğu PB (poliakrilamid-bentonit), PCh (poliakrilamid-kitosan) ve PChB (poliakrilamid-bentonit-kitosan) kompozit adsorbanların hazırlanması, karakterizasyonu ve üreaz immobilizasyonunda kullanımının araştırılmasıdır.PB ve PCh kompozitleri, B ve Ch'yi süspansiyon olarak içeren akrilamid çözeltisinde akrilamidin bir çapraz bağlayıcı eşliğinde doğrudan polimerleştirilmesiyle elde edilmiştir. PChB kompozitinin hazırlanmasında B süspansiyonu üzerine asetik asitte çözünmüş kitosan eklenmiş ve epiklorohidrin (ECH) ilave edilmiştir. Oluşan viskoz süspansiyon şırınga içerisine alınarak sodyum tripolifosfat (NaTTP) çözeltisi bulunan behere damlalar halinde eklenerek Ch-B boncukları oluşturulmuştur. Ardıl yıkamalarla saflaştırılan ChB'nin PAAm ile oluşturduğu PChB kompoziti PB hazırlanmasındaki yöntemle hazırlanmıştır. Oluşturulan kompozit yapıların FT-IR, XRD, TGA, DSC, SEM ve SYN analizleri kompozit oluşumunu kanıtlamıştır.Kompozit yapılara üreaz immobilizasyonun, derişim, zaman ve sıcaklıkla değişimi, iletkenlik yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. PB, PCh ve PChB'nin tek tabaka adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 93, 174, 95 mg g-1'dir. İmmobilizasyonun zamanla değişiminin (kinetik) daha çok sözde (pseudo) ikinci derece hız modeline uyduğuviiiregresyon değerleri (R2) ile kanıtlanmıştır. Sıcaklıkla değişimi araştırması tutunmanın sıcaklığa bağlı olmadığını göstermiştir.Kompozite immobilize edilmiş üreaz aktivitelerinin substrat derişimi, pH ve sıcaklıkla değişimi, serbest üreazın aktivite ölçümleri ile kıyaslanarak değerlendirilmiştir. Ölçümlerde Berthelot yöntemi kullanılmıştır. Michaelis-Menten grafiğinden türetilen Vmax ve Km değerleri sırasıyla, serbest enzim için 11 ünite mg-1 ve 128 mM, PB için 11 ünite mg-1 ve 243 mM, PCh için 20 ünite mg-1 ve 104 mM, PChB için 19 ünite mg-1 ve 102 mM bulunmuştur. Her üç kompozit ve serbest enzim için optimum pH ve sıcaklık deneyleri yapılmıştır.

The objectives of this investigation is to prepare, to characterize and to investigate the usability of urease immobilization of the composite adsorbents in combination of polyacrylamide (PAAm) as an hydrogel and bentonite (B) mineral, and chitosan (Ch) as a polysaccharide; PB (polyacrylamide-bentonite), PCh (polyacrylamide-chitosan) and (polyacrylamide-chitosan-bentonite) PChB.The Pb and PCh composites were synthesized by the polymerization of acrylamide in suspension of B and Ch in presence of a cross linking agent. The ChB beads were formed by drop wise addition of this suspension in a sodium tripolyphosphate solution by the aid of a syringe. The composite of PAAm with ChB purified by sequential washes was then formed by the method used for PB formation. The formation of the composites was proved by their analysis with FT-IR, XRD, TGA, DSC, SEM and PZC.The effect of concentration, time and temperature on urease immobilization on to the composites was investigated by the use of conductometric technique. The monolayer adsorption capacities of PB, PCh and PChB were composites were 93, 174 and 95 mg g-1 in respective order. High compatibility of time dependence of ureaseximmobilization (kinetics) to pseudo second order model was confirmed with the values of coefficients of regression (R2). The research for temperature dependence showed that the immobilization was not temperature dependent.The activity dependence of urease immobilized on the composites on the substrate (urea) concentration, pH and temperature was evaluated with reference to the activity measured for free urease. Berthelot method was used for the measurements. The Vmax and Km values derived from Michaelis-Menten graphs were 11 unit mg-1 and 128 mM for the free enzyme, 11 unite mg-1 and 243 mM for PB, 20 unit mg-1 and 104 mM for PCh, and 19 unite mg-1 and 102 mM for PChB. The optimum pH and temperature tests were performed for all three composite and free enzymes.