一种磁性纳米生物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性纳米生物催化剂及其制备方法和应用，制备为：(1)将FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、油酸钠加入到去离子水中，搅拌，加入NH3·H2O，十二烷基硫酸钠、硝酸锌、硝酸铜，再搅拌，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，清洗，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)将磁性纳米颗粒，加到聚乙二醇水溶液中，搅拌，永磁铁吸出，清洗，得聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒；(3)将聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒，加入到细胞悬液中，培养，用永磁铁吸出，获得磁性纳米生物催化剂。本发明专利技术的磁性纳米生物催化剂，粒径小，比表面积大，生物活性高，稳定性好，在生产生物柴油时易回收。制备方法简单，安全性高，条件温和，环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料和生物化工领域，特别是涉及一种磁性纳米生物催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
生物柴油作为一种新型能源，具有可再生、清洁和安全三大优势。而且生物柴油在缓解能源危机和生态环境综合治理方面，都具有十分重大的战略意义。生物柴油的制备方法包括化学法和生物酶法。化学法具有生产成本低、得率高、反应时间短的优点，但是其生产过程中具有耗能大，腐蚀设备，环境污染严重等缺点。与传统的化学法相比，生物酶催化法具有原料要求低，反应条件温和，污染小等优点，但是脂肪酶价格昂贵，提取、分离、纯化工艺复杂，在成本上限制了其发展。为了克服生物酶催化法的缺点，在其基础上发展出固定化细胞催化技术。固定化细胞是指利用物理或化学手段将游离细胞定位于限定的空间区域，使其保持活性并可反复使用的一种技术，通过对细胞的固定从而达到对胞内酶的固定。细胞的固定化技术能通过减少酶的提取、分离、纯化过程以及提高酶的重复利用性从而降低生产成本，对于促进生物柴油的发展具有充分的优越性。但是目前用于固定化细胞的载体种类较少，且在生产生物柴油过程中，生物催化剂的分离回收仍然存在困难。磁性纳米复合材料，是指通过适当的制备方法使有机高分子与无机磁性颗粒结合，形成具有一定磁性及特殊结构的复合微粒。所以将细胞固定在磁性纳米复合材料上，能够解决生产生物柴油中的分离回收困难的问题。而且纳米材料具有粒径小、比表面积大，表面结合能大的特点，可以有效提高生物负载量。但是，由于有机物和无机物的亲和性较差，所以将细胞固定在磁性纳米复合材料上制备纳米生物催化剂，并保持其稳定的催化能力，是一项较难的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种操作简易、稳定性好、安全性高、易于分离回收的磁性纳米生物催化剂。本专利技术的第二个目的是提供一种磁性纳米生物催化剂的制备方法。本专利技术的第三个目的是提供一种磁性纳米生物催化剂在生产生物柴油的应用。本专利技术的技术方案概述如下：一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例，将1molFeSO4·7H2O、1.5-2molFeCl3·6H2O、0.15-0.3mol油酸钠加入到4-7L去离子水中，在50-80℃，转速400-800r/min下搅拌10-20分钟，加入1.2-2.0LNH3·H2O，再加入0.15-0.3mol十二烷基硫酸钠、0.25mol硝酸锌、0.25mol硝酸铜，再在50-80℃、转速400-800r/min条件下搅拌1-1.5小时，自然冷却至室温，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，磁性沉淀经去离子水清洗3-5次，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)按比例，将10-15g磁性纳米颗粒，加入到300mL质量浓度为1％-2％的聚乙二醇水溶液中，室温下搅拌1-2h，用永磁铁吸出，清洗颗粒，干燥，即制得聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒；(3)按比例，将5-10g聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒，加入到300mL1×107cells/mL细胞悬液中，在28-35℃、140-160r/min培养2-3h，用永磁铁吸出磁性颗粒，即获得磁性纳米生物催化剂。细胞优选：米根霉或门多萨假单胞菌。上述方法制备的磁性纳米生物催化剂。磁性纳米生物催化剂在生产生物柴油的应用。所述应用，包括如下步骤：按比例，取1-1.5g磁性纳米生物催化剂，加入到10-15mL油脂和1-2mL甲醇中，在28-35℃、140-160r/min条件下反应，每隔10-12h再加入1-2mL甲醇，反应2-3天，用磁铁吸出反应后的磁性纳米生物催化剂，剩余液体离心后取上清液过滤，得到含有生物柴油的滤液。油脂为豆油、菜籽油、棉籽油、玉米油、葵花籽油、工业猪油、牛油和鱼油中至少一种。本专利技术的优点：1.本专利技术的一种磁性纳米生物催化剂，是将产酶细胞直接固定在纳米复合材料上。与固定化酶技术相比较，免去了破碎细胞提取酶的过程，成本低，保持了胞内酶系的原始状态与天然环境，保持了胞内酶原有的多酶系统，酶活性损失小。2.本专利技术的一种磁性纳米生物催化剂，生物相容性高、稳定性好，并且具有较强的超顺磁性，在生产生物柴油时更有利于分离、回收。3.本专利技术的一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，制备出的纳米生物催化剂，粒径小，比表面积大，颗粒平均直径在12-16nm。4.本专利技术的一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，降低了生产工艺的难度，操作简单。而且制备过程中涉及到的化学试剂，对反应设备的腐蚀相对较小，安全性高，条件温和，而且对环境的污染也相对较小。附图说明图1为实施例1制备的磁性纳米生物催化剂。具体实施方式下面公开的米根霉和门多萨假单胞菌的来源，是为了使本领域的技术人员能够实施，但具有相同或相似作用的其它米根霉或门多萨假单胞菌都可以用于本专利技术。本专利技术实施例所用到的菌：米根霉为RhizopusoryzaeIFO4697，从日本的NITEBiologicalResourceCenter购买得到。门多萨假单胞菌优选保藏号为CGMCCNo.7644的门多萨假单胞菌Pseudomonasmendocina。门多萨假单胞菌Pseudomonasmendocina，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏号为CGMCCNo.7644，保藏日期为2013年5月27日，建议分类命名为门多萨假单胞菌Pseudomonasmendocina。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。下面的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本专利技术，但并不对本专利技术作任何限制。实施例1一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将1molFeSO4·7H2O、2molFeCl3·6H2O、0.2mol油酸钠加入到5.5L去离子水中，在80℃，转速600r/min下搅拌15分钟，加入1.6LNH3·H2O，再加入0.2mol十二烷基硫酸钠、0.25mol硝酸锌、0.25mol硝酸铜，再在80℃转速600r/min条件下搅拌1.25小时，自然冷却至室温，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，磁性沉淀经去离子水清洗4次，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)将10g磁性纳米颗粒，加入到300mL质量浓度为1％的聚乙二醇2000水溶液中，室温下搅拌1h，用永磁铁吸出，清洗颗粒，干燥，即制得聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒；(3)将5g聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒，加入到300mL1×107cells/mL米根霉细胞悬液中，在35℃、150r/min培养2.5h，用永磁铁吸出磁性颗粒，即获得磁性纳米生物催化剂，见图1。实施例2一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将1molFeSO4·7H2O、1.5molFeCl3·6H2O、0.15mol油酸钠加入到4L去离子水中，在60℃，转速400r/min下搅拌20分钟，加入1.2LNH3·H2O，再0.15mol十二烷基硫酸钠、0.25mol硝酸锌、0.25mol硝酸铜，再在60℃，转速400r/min条件下条件下搅拌1小时，自然冷却至室温，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，磁性沉淀经去离子水清洗3次，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)按比例，将12g磁性纳米颗粒，加入到300mL质量浓度为1.5％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，其特征包括如下步骤：(1)按比例，将1mol FeSO4·7H2O、1.5‑2molFeCl3·6H2O、0.15‑0.3mol油酸钠加入到4‑7L去离子水中，在50‑80℃，转速400‑800r/min下搅拌10‑20分钟，加入1.2‑2.0L NH3·H2O，再加入0.15‑0.3mol十二烷基硫酸钠、0.25mol硝酸锌、0.25mol硝酸铜，再在50‑80℃、转速400‑800r/min条件下搅拌1‑1.5小时，自然冷却至室温，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，磁性沉淀经去离子水清洗3‑5次，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)按比例，将10‑15g磁性纳米颗粒，加入到300mL质量浓度为1％‑2％的聚乙二醇水溶液中，室温下搅拌1‑2h，用永磁铁吸出，清洗颗粒，干燥，即制得聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒；(3)按比例，将5‑10g聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒，加入到300mL 1×107cells/mL细胞悬液中，在28‑35℃、140‑160r/min培养2‑3h，用永磁铁吸出磁性颗粒，即获得磁性纳米生物催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米生物催化剂的制备方法，其特征包括如下步骤：(1)按比例，将1molFeSO4·7H2O、1.5-2molFeCl3·6H2O、0.15-0.3mol油酸钠加入到4-7L去离子水中，在50-80℃，转速400-800r/min下搅拌10-20分钟，加入1.2-2.0LNH3·H2O，再加入0.15-0.3mol十二烷基硫酸钠、0.25mol硝酸锌、0.25mol硝酸铜，再在50-80℃、转速400-800r/min条件下搅拌1-1.5小时，自然冷却至室温，用永磁铁将磁性沉淀分离出来，磁性沉淀经去离子水清洗3-5次，干燥，得到磁性纳米颗粒；(2)按比例，将10-15g磁性纳米颗粒，加入到300mL质量浓度为1％-2％的聚乙二醇水溶液中，室温下搅拌1-2h，用永磁铁吸出，清洗颗粒，干燥，即制得聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒；(3)按比例，将5-10g聚乙二醇包覆的磁性复合颗粒，加入到30...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，刘静，齐云，颜蓓蓓，旦增，布多，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12