Polimerik nanokompozitlere biyomoleküllerin immobilizasyonu ve elde edilen yapıların endüstriyel kullanım alanlarının araştırılması

Abstract

Yapılan çalışmada, endüstriyel öneme sahip lakkaz enzimi nanokompozitlere immobilize edilerek reaktif boyar maddenin(Reactive Red 5) renk gideriminde kullanıldı. Bu amaçla, tez kapsamında poli(maleik anhidrit-alt-metil vinil eter) kopolimeri/oktadesil montmorillonit; [poli(MA-alt-MVE)/ODA-MMT] ve poli(MA-alt-MVE)-g-PLA/ODA-MMT nanokompozitleri sentezlendi ve bu nanoyapılara, fiziksel adsorpsiyon yoluyla lakkaz immobilize edildi. Çalışmanın ilk aşamasında, kopolimer/ODA-MMT ve kopolimer-g-PLA/ODA-MMT nanokompozit yapıların sentezlenmesinde, silikat galerisindeki kopolimerin interkalasyon/yapraklanma ve laktik asit ve 1.4 dioksan ortamlarında, ODA-MMT varlığında kopolimer üzerine laktik asit monomerinin interlameller aşı kopolimerizasyonu yöntemleri kullanılmıştır.Sentezlenen nanokompozitlerin, kimyasal ve fiziksel yapıları, yüzey ve iç morfojileri, termal davranışları, yapı-düzen-morfoloji ilişkileri; FTIR, 1H ve 13C NMR, XRD, SEM, TEM, DSC ve TGA analiz yöntemleriyle incelendi. Çalışmanın ikinci aşamasında, sentezlenen bu nanoyapılara uygun lakkaz immobilizasyonu için optimum koşullar pH:4.5 , sıcaklık 37oC, lakkaz başlangıç konsantrasyonu 0.025 mg/ml , zaman ise 60 dakika olarak belirlendi.Çalışmanın son aşamasında ise serbest lakkaz ve nanoyapılara immobilize lakkaz ile endüstriyel tekstil boyası olarak ?Reactive Red 5? boyar madde renk giderimi çalışmalarında kullanıldı. Yüksek renk giderimi için optimizasyon çalışmalarında serbest ve immobilize lakkaz içi optimum pH'nın 5.0, sıcaklığın 20oC bulundu. Bunun yanında başlangıç boyar madde konsantrasyonu serbest lakkaz için 0,025 mg/L iken immobilize lakkazda 0,05 mg/L bulundu. Optimum zaman çalışmalarında ise serbest lakkaz için 120 dakika, immobilize lakkaz için ise 90 dakika bulundu. Lakkaz, 40C'de depolanarak zamana karşı renk giderimde verimliliği incelendiğinde serbest enzimin 27 gün sonunda %33 buna karşın immobilize lakkazın ise %65 olduğu gözlendi. Çalışmanın önemli diğer basamağı ise renk giderimi çalışmalarında kullanılan nanoyapıya immobilize lakkaz kompleksinin, üç günde 10 kez tekrar kullanıldığında başlangıç aktifliğinin %77.3 ünü korumaktadır.

In this study, laccase enzyme (E.C.1.10.3.2.) with industrial importance was used in the decolorization of reactive coloring substance (Reactive Red 5) by being immobilized to nanocomposites.For this purpose, in the thesis study, laccase was immobilized onto nanocomposite structures [poly(MA-alt-MVE) copolymer/ODA-MMT and poly(MA-alt-MVE)-g-PLA/ODA-MMT] by physical absorption method. In the first stage of the study, novel nanocomposites were synthesized by intercalation/exfoliation of copolymer between silicate galleries and interlamellar graft copolymerization of L-lactic acid (LA) monomer onto copolymer in the presence of ODA-MMT clay in 1.4-dioxane and LA solutions.The chemical and physical structures, surface and inner morphology, thermal behaviors of synthesized nanocomposites, as well as structure-composition-morphology relationships were investigated by FTIR, 1H and 13C NMR, XRD, SEM, TEM, DSC and TGA analysis methods. In the second stage of the study, the optimum conditions for the laccase immobilization, which was appropriate for the synthesized nanostructures, were determined as pH:4.5, temperature 37oC, laccase initial concentration 0.025 mg/ml, and time as 60 minutes.In the last stage, free and the immobilized laccase ?Reactive Red 5? coloring substance as industrial textile dye were used for decolorization. In the optimization studies for high level decolorization, for both free and immobilized laccase, the optimum pH was found to be 5.0 and temperature 20 0C. Moreover, the initial coloring substance concentration was for free laccase 0,025 mg/L and 0,05 mg/L for immobilized laccase. Optimum time studies resulted in 120 minutes for free laccase and 90 minutes for immobilized laccase. When the productivity of laccase, maintained at 40C, in terms of decolorization and with respect to time was studied, at the end of 27 days, free enzyme was 33% while immobilized laccase was 65%. Another aspect of this study is the reapplication of immobilized laccase complex to the nanostructure for 10 times over a period of three days; it was found that 77.3% of the initial productivity is maintained.