Ultrasuodatusmembraanin modifiointi entsyymeillä suodatusominaisuuksien parantamiseksi

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kiinnittää lakkaasientsyymi polyeetterisulfonimembraaniin suodatusominaisuuksien parantamiseksi. Lakkaasientsyymin tiedetään pilkkovan ligniiniä ja kiinnittämällä lakkaasientsyymi membraaniin tavoiteltiin ligniinin aiheuttaman membraanin likaantumisen vähentämistä. Tällöin vältyttäisiin lisäksi erilliseltä esikäsittely vaiheelta ja voitaisiin saada puhtaampi lopputuote. Lakkaasientsyymivalmisteena tutkimuksessa käytettiin Novozym® 51003 ja ristisilloittajana käytettiin glutaarialdehydiä. Vapaan ja kiinnitetyn lakkaasientsyymin aktiivisuuden määritettiin 2,2-atso-bis(3- etyylibentsotiatsolyyli-6-sulfonihappo):n avulla. Lakkaasin kiinnittymistä membraaniin tutkittiin ATR-FTIR spektroskoopilla kiinnittymisen varmentamiseksi. Lakkaasi modifioituja membraaneja testattiin koivu-uute suodatuksella ja adsorptio kokeella. Lakkaasientsyymi saatiin kiinnitettyä membraaniin ristisilloittajan avulla, mutta lakkaasilla modifioitujen membraanien vesivuot laskivat noin puoleen alkuperäisestä. Koivu-uuteen suodatuksissa modifioidusta membraanista ei saatu permeaattia lävitse, mutta adsorptiokokeen tulosten perusteella voidaan todeta lakkaasientsyymin pilkkoneen ligniiniä. Kiinnitetyn lakkaasin aktiivisuus vaihteli rinnakkaisten määritysten välillä, minkä vuoksi lakkaasin kiinnitysmekanismin lisätutkiminen olisi tarpeen luotettavimpien tulosten saamiseksi.

The aim of the Master’s thesis study was to immobilize laccase enzyme to polyethersulfone membrane for improving filtration properties of the membrane. Studies have shown that laccase enzyme can degrade lignin and therefore, immobilizing the laccase enzyme to membrane could reduce fouling. By enzyme immobilization to membrane there is no need for pretreatment and the final product would be purer. The laccase enzyme product used in this study was Novozym® 51003 and the glutaraldehyde was used as a cross linking agent. Activity of free and immobilized laccase was measured with 2,2-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6- sulphonic acid) in UV-VIS spectroscopy. ATR-FTIR spectroscopy was used to confirm the immobilized laccase on the membrane. Birch extract was used in the filtration and absorption studies for the modified membranes. Laccase enzyme was successfully immobilized to the membrane, but the water flux was decreased to half of the original water flux. In the filtration study with the immobilized laccase membrane the flux was negligible for the birch extract. However, adsorption experiments showed that immobilized laccase enzyme can degrade lignin from the birch extract. The laccase activity varied widely in the parallel immobilization tests. The immobilization mechanism needs further studies, in order to repeatability of the modification process can be improved.