ФОТОАКТИВНОСТЬ TiO_2, ДОПИРОВАННОГО ПЕРОКСИДАЗОЙ RAPHANUS SATIVUS VAR. NIGER

Сухомлинова А.Д., Чабан Т.С., Вяткина О.В.

Крымский федеральный университет

295007, г. Симферополь, пр. Академика Вернадского, д. 4

Одним из способов создания новых комплексных катализаторов является допирование и содопирование TiO₂. Допирующие агенты могут быть разной природы: металлические и неметаллические, в том числе и органические. Поэтому целью работы было исследование влияния пероксидазы как допирующего агента на фотокаталитическую активность диоксид титана TiO₂.

В ходе исследования в качестве объектов были использованы: экстракт пероксидазы корнеплода редьки чёрной (ПРЧ) в фосфатном буфере с рН=6,8, диоксид титана (TiO₂) марки R-216, пероксид водорода Н₂О₂ (3%).

Первоначальным этапом эксперимента был поиск наиболее эффективной системы компонентов, обладающей максимальным каталитическим действием. Для этого в системах варьировали несколько параметров: количество добавленной ПРЧ, количество H₂O_2, длину световой волны – облучение системы дневным светом или ультрафиолетом, порядок внесения компонентов в систему. Фотоколориметрическое определение концентрации фермента в экстракте проводили методом прямой фотоколориметрии (Ɛ₄₀₀ = 9,6·10⁴, л/(моль·см)). Эффективность каталитического действия исследовали методом волюмометрии.

Наибольшая фотокаталитическая активность на видимом свету и под действием УФ-излучения была установлена в системе, где допировали диоксид титана методом пропитки (0,5 г TiO₂ смешивали с экстрактом, содержащим 3ꞏ10^-9 моль пероксидазы, выдерживали 10 мин на воздухе, затем приливали раствор Н₂О₂)

Механизм сорбционных взаимодействий в системе TiO₂ и ПРЧ изучали в системах, где варьировали время контакта подложки и фермента на воздухе, а также время экспозиции полученного композита в воде, контролируя содержание десорбированной ПРЧ в растворе методом фотоколориметрии. Установлено, что из общего количества добавленной ПРЧ необратимо связывается с TiO₂ не более 10% фермента. Наличие химических связей между ферментом и подложкой подтверждено методом ИК-спектроскопии. Следовательно, механизм катализа является смешанным, что подтверждают нехарактерный для классического ферментативного катализа вид кинетической кривой и плохая корреляция в координатах Лайнуивера-Берка. В ходе исследований был обнаружен синергетический эффект взаимодействия ПРЧ и TiO₂ в фотокатализаторе при реакции разложения H₂O₂ под действием УФ-излучения. Константа скорости реакции k в системе с этим катализатором в 2,6 раза превышает константу скорости реакции разложения H₂O₂ при использовании исключительно TiO₂ (k=6,2·10^-3> kTiO₂=2,4·10^-3) и в 2,7 раза при использовании исключительно ПРЧ (k=6,2·10^-3 > kПРЧ=2,3·10^-3) при их соответствующем содержании.