一种氮掺杂二氧化钛和碳化钛共修饰PVDF膜固定化漆酶及其方法和应用技术

本发明专利技术属于膜固定化酶技术领域。本发明专利技术提供了一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶及其方法，包含如下步骤：钛醇盐、醇、氮掺杂剂和水反应制备氮掺杂TiO2；Ti3AlC2、氟化锂和盐酸反应制备Ti3C2；氮掺杂TiO2、水、Ti3C2、羟乙基纤维素和聚乙烯醇反应，得到溶胶后涂覆在PVDF表面；之后与交联剂反应，将反应产物、水和漆酶粉末反应，得到氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶。本发明专利技术产物的酶载率为70～80％，可使用5～20次，用于降解废水中的微污染物，降解率可达98～99％；漆酶的酶活性回收率可达95～99％；本发明专利技术的方法简单，易于操作，适合推广应用。合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂二氧化钛和碳化钛共修饰PVDF膜固定化漆酶及其方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜固定化酶
，尤其涉及一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶及其方法和应用。

技术介绍

[0002]TiO2光催化可有效去除顽固化合物，并且具有高光催化活性、化学稳定性、无毒性和低成本等优点，常被用于净化废水，其中对双酚A的去除效果良好。但由于TiO2的宽带隙(3.2eV)，只能吸收紫外光(UV)(λ<390nm)，而紫外光子通量仅占整个太阳光谱的3
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5％，人工紫外光的使用又会消耗大量的能量、提高经济成本。因此，需要将TiO2进行改性，以将其光吸收扩展到可见光谱区域。
[0003]近年来研究表明，漆酶是降解双酚A的最优选择，因为其不仅在中等操作条件下具有良好稳定性、高催化效率和广泛的特定性，而且酚类化合物在漆酶的氧化作用下会形成大的不溶性聚合物，可通过过滤或沉降的方法，将其从水相中快速去除。为了降低漆酶的使用成本，提高漆酶的稳定性及其对环境的耐受性，选择合适的载体，将漆酶进行固定化，以此延长了漆酶的使用寿命，使漆酶在废水净化处理、生物传感器等方面的应用前景变得更为广阔。
[0004]MXene作为一类新的二维(2D)过渡金属碳化物(或氮化物)，具有独特的金属导电性、生物相容性和良好的水相分散性，可通过用氢氟酸剥离Ti3AlC2合成，将其用作载体，表面具有大量的
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OH封端，能为固定化酶提供有利的微环境并保持它们的生物活性和稳定性。r/>[0005]因此，研究开发一种固定漆酶的氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰的PVDF膜的制备方法，来解决现有技术中TiO2只能吸收紫外光的问题以及提高漆酶在废水净化处理的稳定性，延长使用寿命具有良好的前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶及其方法和应用。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶的方法，包含如下步骤：
[0009]1)将钛醇盐、醇、氮掺杂剂和水进行反应后离心，沉淀物进行煅烧，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒；
[0010]2)将Ti3AlC2、氟化锂和盐酸反应后顺次经过离心、超声、干燥，得到Ti3C2纳米片；
[0011]3)将氮掺杂TiO2纳米颗粒、水、Ti3C2纳米片、羟乙基纤维素溶液和聚乙烯醇溶液混合进行反应，得到溶胶；
[0012]4)将溶胶涂覆在PVDF薄膜表面，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰
PVDF膜；
[0013]5)将氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜与交联剂进行交联反应，将反应产物、水和漆酶粉末进行固定化反应，得到氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶。
[0014]作为优选，步骤1)所述钛醇盐为四异丙醇钛或钛酸丁酯；所述醇为乙醇或异丙醇；所述氮掺杂剂为二乙醇胺、三乙基胺、尿素或氨水；所述氮掺杂剂、水、钛醇盐和醇的质量体积比为3～15g：50～250mL：5～25mL：15～75mL。
[0015]作为优选，步骤1)所述反应的温度为50～200℃，反应的时间为12～72h；所述煅烧的温度为300～400℃，煅烧的时间为3～5h。
[0016]作为优选，步骤2)所述盐酸的浓度为5～7mol/L；所述氟化锂、盐酸和Ti3AlC2的质量体积比为1～5g：20～100mL：1～5g；所述反应的温度为25～95℃，反应的时间为12～48h；所述超声的时间为4～6h；所述干燥的真空度为
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20～
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15KPa，干燥的温度为90～110℃，干燥的时间为10～14h。
[0017]作为优选，步骤3)所述氮掺杂TiO2纳米颗粒、水、Ti3C2纳米片、羟乙基纤维素溶液和聚乙烯醇溶液的质量体积比为0.6～3g：30～150mL：0.3～1.5g：20～100mL：10～50mL；所述反应的温度为20～30℃，反应的时间为20～40min。
[0018]作为优选，步骤4)所述涂覆的厚度为1～3mm；所述PVDF薄膜与步骤3)所述Ti3C2纳米片的质量比为0.5～2.5：0.3～1.5。
[0019]作为优选，步骤5)所述交联剂为戊二醛溶液、N
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羟基丁二酰亚胺溶液、聚丙烯酰胺溶液或聚磺苯乙烯溶液；所述交联剂的质量浓度为2～5％；所述交联剂和步骤4)所述PVDF薄膜的体积质量比为40～200mL：0.5～2.5g；所述交联反应的温度为20～30℃，交联反应的时间为4～10h。
[0020]作为优选，步骤5)所述氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜、漆酶粉末和水的质量体积比为1～10g：1～5g：30～150mL；所述固定化反应的温度为5～20℃，固定化反应的时间为24～48h。
[0021]本专利技术还提供了由所述方法得到的氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶。
[0022]本专利技术还提供了所述的氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶在废水处理中的应用。
[0023]本专利技术的有益效果包括以下几点：
[0024]1)本专利技术氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶的方法简单，易于操作，适合推广应用。
[0025]2)本专利技术采用氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜来固定化漆酶，在很大程度上保证了漆酶的活性，漆酶的酶活性回收率可达95～99％。
[0026]3)本专利技术的氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶的酶载率为70～80％，用于降解废水中的微污染物，降解率可达98～99％。
[0027]4)本专利技术的氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶可以重复回收使用5～20次。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶的方法，包含如下步骤：
[0029]1)将钛醇盐、醇、氮掺杂剂和水进行反应后离心，沉淀物进行煅烧，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒；
[0030]2)将Ti3AlC2、氟化锂和盐酸反应后顺次经过离心、超声、干燥，得到Ti3C2纳米片；
[0031]3)将氮掺杂TiO2纳米颗粒、水、Ti3C2纳米片、羟乙基纤维素溶液和聚乙烯醇溶液混合进行反应，得到溶胶；
[0032]4)将溶胶涂覆在PVDF薄膜表面，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜；
[0033]5)将氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜与交联剂进行交联反应，将反应产物、水和漆酶粉末进行固定化反应，得到氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶的方法，其特征在于，包含如下步骤：1)将钛醇盐、醇、氮掺杂剂和水进行反应后离心，沉淀物进行煅烧，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒；2)将Ti3AlC2、氟化锂和盐酸反应后顺次经过离心、超声、干燥，得到Ti3C2纳米片；3)将氮掺杂TiO2纳米颗粒、水、Ti3C2纳米片、羟乙基纤维素溶液和聚乙烯醇溶液混合进行反应，得到溶胶；4)将溶胶涂覆在PVDF薄膜表面，得到氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜；5)将氮掺杂TiO2纳米颗粒和Ti3C2纳米片共修饰PVDF膜和交联剂进行交联反应，将反应产物、水和漆酶粉末进行固定化反应，得到氮掺杂TiO2和Ti3C2共修饰PVDF膜固定化漆酶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述钛醇盐为四异丙醇钛或钛酸丁酯；所述醇为乙醇或异丙醇；所述氮掺杂剂为二乙醇胺、三乙基胺、尿素或氨水；所述氮掺杂剂、水、钛醇盐和醇的质量体积比为3～15g：50～250mL：5～25mL：15～75mL。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)所述反应的温度为50～200℃，反应的时间为12～72h；所述煅烧的温度为300～400℃，煅烧的时间为3～5h。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)所述盐酸的浓度为5～7mol/L；所述氟化锂、盐酸和Ti3AlC2的质量体积比为1～5g：20～100mL：1～5g；所述反应的温度为25～95℃，反应的时间为12～48h；所述超声的时间为4～6h；所述干燥的真空度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱浩，尹大学，钟瑞，王童，王玥，班飒，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：