CN110592065B - 一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂及其制备方法。所述的制备方法为：将海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀后得到海藻酸钠的水溶液，然后向所述海藻酸钠的水溶液中加入辣根过氧化物酶，搅拌均匀，得到反应液边搅拌边滴入到质量分数为10％～25％金属盐溶液中，在20～30℃下搅拌2～8h后，得到金属络合物球形颗粒并用去离子水洗涤除去表面多余的溶液；将金属络合物球形颗粒加入到质量分数为10％～25％的2‑甲基咪唑的水溶液中，在20～40℃下搅拌2～4h后，反应产物用去离子水洗涤三次，室温下干燥，得到辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。本发明所述辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂可应用于邻苯二胺的催化转化。

Description

一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂及其制 备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种简单高效、条件温和的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂及其制备方法，属于生物催化材料技术领域。
(二)背景技术
酶作为一类极为重要的生物催化剂，是一种由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。由于酶的作用，生物体内的化学反应在极为温和的条件下也能高效和特异地进行。酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整性，如果酶分子变性或亚基解聚都会导致酶的活性丧失。酶分子本身对环境条件敏感，受温度、pH、反应条件的影响很大。此外，利用酶作为催化剂，在反应结束后却不易分离出来，造成了二次污染，还需要额外的纯化和分离步骤。为了解决这一问题，形成了酶包埋技术，在保留酶的催化活性基础上，还能够使其易于分离，以最大限度地减少二次污染，有效降低降低回收利用的成本。传统多孔材料如溶胶-凝胶基质、水凝胶、有机微粒和介孔二氧化硅等都具有一定比表面积和孔隙空间，作为酶固定化的载体已经获得了较多的关注。但是这些载体基质都存在着一定的缺陷，使得固定在水凝胶或有机微粒中的酶出现浸出、变性、质量转移受限等不利因素，或者在合成过程中出现酶的失活现象。
金属有机骨架(MOFs)材料，又称为多孔聚位配合物，作为一种新型的有机-无机杂化材料，是以金属离子作为中心节点，与桥连金属离子的有机配体之间通过配位键连接而形成的高度结晶化的网状配合物。但是由于MOFs材料的合成通常利用有机溶剂，且在较高温度下反应，会对酶的活性有影响，因此需要预先合成MOFs材料。将酶简单的附着在MOFs载体上或者将酶与MOFs载体以肽键相连接，虽然可以有效实现酶的固定化，但是这两种方式都导致了复合物表面的酶暴露在环境中而没有保护，容易失去活性。
(三)发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂的制备方法，利用金属有机骨架材料作为颗粒外壳以保护辣根过氧化物酶，该方法可以有效解决酶在催化过程中稳定性低、对环境要求高、难于回收利用、易造成二次污染等缺点。
本发明的技术方案如下：
一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂，具体按照如下方法制备得到：
(1)将海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀后得到海藻酸钠的水溶液，然后向所述海藻酸钠的水溶液中加入辣根过氧化物酶，搅拌均匀，得到反应液；所述海藻酸钠与辣根过氧化物酶的质量比为5～15：1；
(2)将步骤(1)的反应液边搅拌边滴入到质量分数为10％～25％金属盐溶液中，在20～30℃下搅拌2～8h后，得到金属络合物球形颗粒并用去离子水洗涤除去表面多余的溶液；
(3)将步骤(2)得到的金属络合物球形颗粒加入到质量分数为10％～25％的2-甲基咪唑的水溶液中，在20～40℃下搅拌2～4h后，反应产物用去离子水洗涤三次，室温下干燥，得到辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂；所述金属络合物球形颗粒与所述的2-甲基咪唑水溶液中2-甲基咪唑的质量比为1：2～3。
进一步，步骤(1)中，所述去离子水的体积用量以海藻酸钠的质量计为30～50mL/g。
进一步，步骤(2)中，所述的金属盐为Zn盐或Co盐。
本发明所述的步骤(2)中，所述的金属络合物球形颗粒直径约为0.5～2cm。
本发明所述辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂可应用于邻苯二胺的催化转化。
与现有技术相比，本发明的实质性优点：
(1)通过在室温下搅拌合成，制备方法简单，操作条件温和；
(2)采用金属有机骨架材料作为固定外壳，保护了酶的活性；
(3)易于回收，可有效减少二次污染，提高其可重复利用性。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1中催化剂的SEM图；
图2是本发明实施例3中催化剂的SEM图；
图3是本发明实施例1中催化剂的邻苯二胺催化实验结果；
图4是本发明实施例2中催化剂的邻苯二胺催化实验结果；
图5是本发明实施例3中催化剂的邻苯二胺催化实验结果；
图6是本发明实施例4中催化剂的邻苯二胺催化实验结果。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明加以详细描述，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离本发明内容和范围内，变化实施都应包含在本发明的技术范围内。
本发明各实施例的分析评价方法为：
邻苯二胺催化实验步骤：称取1.0g的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂，加入到50mL 10mmol/L邻苯二胺底物溶液中，加入100μL H2O2溶液后，立刻以1min,2min,3min,5min,10min,15min,20min,30min的间隔计时取样。每次取样1mL加到4mL的乙酸乙酯中(相当于稀释5倍)。然后在450nm波长下测量吸光值，求邻苯二胺的转化率。
实施例1：
首先，取0.9g海藻酸钠溶于30mL去离子水中，搅拌混合均匀后，加入0.09g辣根过氧化物酶，搅拌使其分散均匀；取5.56g乙酸锌溶于50mL去离子水中，超声溶解后，将上述海藻酸钠溶液边搅拌边滴入到乙酸锌溶液中，在室温下搅拌2h得到球形颗粒。用去离子水洗涤三次，去除多余金属离子。再取5.56g 2-甲基咪唑溶于50mL去离子水中，超声溶解，将上述颗粒加入到2-甲基咪唑溶液中，在室温下搅拌2h。用去离子水离心洗涤三次，室温下干燥，得到白色的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。
对辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到94％。
实施例2：
首先，取0.9g海藻酸钠溶于30mL去离子水中，搅拌混合均匀后，加入0.09g辣根过氧化物酶，搅拌使其分散均匀；取12.5g乙酸锌溶于50mL去离子水中，超声溶解后，将上述海藻酸钠溶液边搅拌边滴入到乙酸锌溶液中，在室温下搅拌2h得到球形颗粒。用去离子水洗涤三次，去除多余金属离子。再取12.5g 2-甲基咪唑溶于50mL去离子水中，超声溶解，将上述颗粒加入到2-甲基咪唑溶液中，在室温下搅拌2h。用去离子水离心洗涤三次，室温下干燥，得到白色的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。
对辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到90％。
实施例3：
首先，取0.9g海藻酸钠溶于30mL去离子水中，搅拌混合均匀后，加入0.09g辣根过氧化物酶，搅拌使其分散均匀；取5.56g乙酸钴溶于50mL去离子水中，超声溶解后，将上述海藻酸钠溶液边搅拌边滴入到乙酸钴溶液中，在室温下搅拌2h得到球形颗粒。用去离子水洗涤三次，去除多余金属离子。再取5.56g 2-甲基咪唑溶于50mL去离子水中，超声溶解，将上述颗粒加入到2-甲基咪唑溶液中，在室温下搅拌2h。用去离子水离心洗涤三次，室温下干燥，得到紫色的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。
对辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到91％。
实施例4：
首先，取0.9g海藻酸钠溶于30mL去离子水中，搅拌混合均匀后，加入0.09g辣根过氧化物酶，搅拌使其分散均匀；取12.5g乙酸钴溶于50mL去离子水中，超声溶解后，将上述海藻酸钠溶液边搅拌边滴入到乙酸钴溶液中，在室温下搅拌2h得到球形颗粒。用去离子水洗涤三次，去除多余金属离子。再取12.5g 2-甲基咪唑溶于50mL去离子水中，超声溶解，将上述颗粒加入到2-甲基咪唑溶液中，在室温下搅拌2h。用去离子水离心洗涤三次，室温下干燥，得到紫色的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。
对辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到88％。

Claims (2)

1.一种辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂，其特征在于：所述的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂按照如下方法制备得到：
（1）将海藻酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀后得到海藻酸钠的水溶液，然后向所述海藻酸钠的水溶液中加入辣根过氧化物酶，搅拌均匀，得到反应液；所述海藻酸钠与辣根过氧化物酶的质量比为10：1；所述海藻酸钠的水溶液的浓度为0.03mg/mL；
（2）将步骤（1）的反应液边搅拌边滴入到质量分数为10 %~25 %金属盐溶液中，在20~30℃下搅拌2~8h后，得到金属络合物球形颗粒并用去离子水洗涤；所述的金属盐为Zn盐或Co盐；
（3）将步骤（2）得到的金属络合物球形颗粒加入到质量分数为10 %~25 %的2-甲基咪唑的水溶液中，在室温下搅拌2~4h后，反应产物用去离子水洗涤三次，室温下干燥，得到辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂。
2.一种如权利要求1所述的辣根过氧化物酶@金属有机骨架球形颗粒催化剂邻苯二胺的催化转化中的应用。
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