双酶-无机杂化纳米花微球的制备方法及其应用技术

本发明专利技术适用于污水处理技术领域，提供了双酶

【技术实现步骤摘要】
双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于污水处理
，尤其涉及双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]吖啶属于含氮杂环化合物，广泛存在于各类工业废水中，具有致癌、致畸、致突变的性质，且吖啶浓度高、毒性强、在自然条件下难以降解，对人体和环境都有潜在的危害。由于吖啶的难降解性，目前对其降解的方法鲜有报道。研究发现，辣根过氧化物酶(HRP)在氧化还原介质存在的情况下，能显著提高HRP作用的底物范围，使之广泛应用于芳香族和杂环类化合物的降解。
[0003]然而，由于HRP的价格昂贵、水溶性强、不易与底物和产物分离，且对所处环境十分敏感，所以将游离酶直接用于废水处理，不仅会造成极大的浪费，而且游离酶容易变性失活，这些问题都严重限制了酶的实际应用。固定化酶技术是解决这个问题最有效的方法，对酶进行固定化处理不仅可以保持酶特有的催化作用，提高其稳定性，而且能够将其进行回收处理和重复利用，因此，制备高效固定化酶对生物催化领域迅速发展具有重大意义。
[0004]随着酶催化技术和纳米科学的快速发展，嵌入酶的纳米材料因其特殊的功能和结构而被广泛用于酶固定化的载体。其中酶
‑
无机杂化纳米花就是最典型的实例。纳米花的形成是基于蛋白分子、金属离子和磷酸盐的结合。与传统固定化酶相比，纳米花合成方法简单，且具有更高的活性和稳定性，这是因为它们具有更大的表面积，并且酶分子有效地限制在其内部。另外，铜离子与酶的配位作用也能将酶较好的固定在纳米花结构中。
[0005]鉴于许多多步反应或级联过程需要两种或两种以上酶的催化，所以双酶或多酶共嵌入纳米材料最近一直受到关注。将固定化HRP应用于工业存在的一大挑战是HRP必须在H2O2存在的条件下才能降解污染物，H2O2是一种难以处理和存储的腐蚀性试剂，过量的H2O2会导致HRP生物催化剂失活，从而导致催化效率显著降低。为解决这一问题本申请尝试使用双酶催化的级联反应。双酶共固定化的主要优点是，在一个反应容器中可以同时进行两个酶的催化反应，反应的过程中不需要对中间产物进行分离便可直接获得最终的目标产物，这不仅节省了资源、试剂和时间，而且避免了中间产物对反应的不利影响，促进反应的正向进行。与传统的单酶共固定化相比，双酶级联反应通过节省操作步骤和资源来提高合成效率降低生产成本。
[0006]然而，尽管与溶液中的游离酶相比，双酶
‑
无机杂化纳米花生物催化剂表现出更好的活性和更强的稳定性，但是纳米花生物催化剂的致命缺点是机械强度差，可重复利用性差，这是因为其花状结构复杂，是由许多分层形状的花瓣组成，在回收过程的离心步骤中容易破碎；而且纳米花的尺寸太小，在重复使用过程中，容易收集不完全，或者在离心过程中造成损失等，这些严重限制了纳米花在工业上的应用。为了解决这些问题，制备一种具有较高机械强度，易于回收且可重复使用的新型纳米花生物催化剂是非常必要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例的目的在于提供双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法及其应用，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：制备纤维素
‑
壳聚糖复合微球：
[0011]将10mL离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑醋酸盐置于三口瓶中，加入0.2
‑
0.4g纤维素和0.2
‑
0.4g壳聚糖，剧烈搅拌后加热，直至纤维素和壳聚糖完全溶解，停止加热，获得澄清胶状溶液，溶液冷却至室温后，用含有25
‑
30号针头的蠕动泵逐滴加入蒸馏水中，得到纤维素
‑
壳聚糖复合微球，静置0.5
‑
2h使之硬化，并以蒸馏水洗涤2
‑
3次，去除多余离子液体；
[0012]步骤S2：制备多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球：
[0013]在锥形瓶中依次加入1g纤维素
‑
壳聚糖复合微球和10
‑
20mg多巴胺，再加入10mLTris
‑
Hcl缓冲溶液，放置于恒温空气振荡器中反应2
‑
3h，过滤分离微球并用去离子水洗涤2
‑
3次，得到多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球；
[0014]步骤S3：制备多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球共固定化HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花生物催化剂：
[0015]在锥形瓶中加入1g多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球和10mL的0.1MCuSO4溶液，放置于恒温空气振荡器中反应8
‑
12h，过滤分离微球并用蒸馏水洗涤2
‑
3次，除去微球表面未吸附的Cu
2+
；
[0016]将1g吸附有Cu
2+
的多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球置于锥形瓶中，再加入5
‑
7mgHRP，3
‑
5mgGOD和10mLPBS缓冲溶液，摇晃均匀后，放置于0
‑
5℃的温度下静置72h，过滤分离微球并用PBS缓冲溶液洗涤2
‑
3次，得到多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球共固定化HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花生物催化剂，记为HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花微球生物催化剂，简称HRP/GOD纳米花微球。
[0017]进一步的，所述步骤S1中，搅拌速度为800
‑
1000r/min，加热至80
‑
100℃，反应2
‑
3h，直至纤维素和壳聚糖完全溶解，停止加热，获得4
‑
8wt％的澄清胶状溶液。
[0018]进一步的，所述步骤S2中，Tris
‑
Hcl缓冲溶液的浓度为0.01
‑
0.02M，pH为8.0
‑
9.0。
[0019]进一步的，所述步骤S3中，PBS缓冲溶液的浓度为0.1
‑
0.2M，pH为7.4。
[0020]进一步的，所述恒温空气振荡器的温度为20
‑
30℃，转速为150
‑
200r/min。
[0021]进一步的，所述三口瓶和锥形瓶的容量均为25
‑
50mL。
[0022]进一步的，测定所述生物催化剂降解吖啶效率的具体操作为：
[0023]配制5
‑
15mg/L，pH为7.0的吖啶模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：制备纤维素
‑
壳聚糖复合微球：将10mL离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑醋酸盐置于三口瓶中，加入0.2
‑
0.4g纤维素和0.2
‑
0.4g壳聚糖，剧烈搅拌后加热，直至纤维素和壳聚糖完全溶解，停止加热，获得澄清胶状溶液，溶液冷却至室温后，用含有25
‑
30号针头的蠕动泵逐滴加入蒸馏水中，得到纤维素
‑
壳聚糖复合微球，静置0.5
‑
2h使之硬化，并以蒸馏水洗涤2
‑
3次，去除多余离子液体；步骤S2：制备多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球：在锥形瓶中依次加入1g纤维素
‑
壳聚糖复合微球和10
‑
20mg多巴胺，再加入10mLTris
‑
Hcl缓冲溶液，放置于恒温空气振荡器中反应2
‑
3h，过滤分离微球并用去离子水洗涤2
‑
3次，得到多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球；步骤S3：制备多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球共固定化HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花生物催化剂：在锥形瓶中加入1g多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球和10mL的0.1M CuSO4溶液，放置于恒温空气振荡器中反应8
‑
12h，过滤分离微球并用蒸馏水洗涤2
‑
3次，除去微球表面未吸附的Cu
2+
；将1g吸附有Cu
2+
的多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球置于锥形瓶中，再加入5
‑
7mgHRP，3
‑
5mgGOD和10mLPBS缓冲溶液，摇晃均匀后，放置于0
‑
5℃的温度下静置72h，过滤分离微球并用PBS缓冲溶液洗涤2
‑
3次，得到多巴胺改性纤维素
‑
壳聚糖复合微球共固定化HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花生物催化剂，记为HRP/GOD双酶
‑
无机杂化纳米花微球生物催化剂，简称HRP/GOD纳米花微球。2.根据权利要求1所述的双酶
‑
无机杂化纳米花微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，搅拌速度为800
‑
1000r...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚惠琴，谷耀华，原琳，刘英，白小燕，史可人，王银，陈志峰，
申请(专利权)人：宁夏医科大学，
类型：发明
国别省市：