CN112871211A - 利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂及级联降解有机磷神经毒剂的方法 - Google Patents

利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂及级联降解有机磷神经毒剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂及级联降解有机磷神经毒剂的方法，采用具有三嗪基的单体和具有羟基的单体，利用热溶剂法制备包含羟基的共价有机框架材料，利用两相法将钯原位固定到该共价有机框架材料的孔中，然后进行羧基化修饰及活化；最后与OPH溶液混合进行固定化酶，所得即为杂化催化剂。将钯纳米粒子和有机磷水解酶共固定到共价有机框架上，提高了钯纳米粒子和有机磷水解酶在使用过程中的稳定性。其中钯纳米粒子位于孔中，酶位于表面，该结构可以保证各化学组分的可及性并避免不同催化剂的相互抑制。将构建的杂化催化剂用于级联降解有机磷神经毒剂，降解效率高，降解更彻底，杂化催化剂可重复多次使用。

Description

利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂及级联降解 有机磷神经毒剂的方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂及级联降解有机磷神经毒剂的方法。
背景技术
有机磷神经毒剂被广泛应用于杀灭农业害虫的农药，有机磷神经毒剂可以与生物体内乙酰胆碱酯酶靠化学键结合，使乙酰胆碱酯酶失活，从而破坏神经系统达到杀虫的目的。虽然有机磷神经毒剂可作为杀虫剂服务于人类，但是其对环境的污染也潜在的威胁着人类。目前已经开发了多种技术用于降解有机磷神经毒剂，其中有机磷水解酶作为一种生物催化剂可以水解对硫磷等有机磷神经毒剂，并且由于具有经济环保、活性高、降解速率快的特点受到了广泛关注。但是此方法水解对硫磷的产物中仍包含对硝基苯酚(4-NP)毒性物质。虽然4-NP比对硫磷的毒性低数十倍，但仍是难以处理的剧毒化合物。因此使用生物催化不能称之为彻底降解。
在此基础上，如果将4-NP降解为对氨基苯酚(4-AP)，不仅可以进一步降低终产物的毒性，而且4-AP还可作为合成药物或添加剂的重要化学中间体。过渡金属Pd可以通过催化氢转移还原来降解4-NP生成4-AP。为了在使用过程中节约成本，获得高活性的Pd催化剂，通常将Pd制备成超细纳米粒子。然而超细Pd纳米粒子由于颗粒小比表面能大，在使用中不易回收和易团聚，从而降低催化活性和使用效率。为了设计开发高性能催化剂，经常将超细贵金属Pd固定在各种多孔载体材料中以抑制其聚集。共价有机骨架(COFs)材料是完全由轻质元素(C、H、O、N、B等)通过共价键连接而成的一类兼具多孔性和高结晶性的材料，一经问世便受到了广泛的关注。COFs因其性能优异，具有高比表面积、结构规律、密度低、可功能化、稳定性高等特点，非常适合作为活性纳米粒子的载体。
因此，选择一种高稳定的可修饰的COFs作为超细Pd纳米粒子和有机磷水解酶共固定的载体，克服了Pd催化条件与有机磷水解酶催化条件不一致，实现级联降解有机磷神经毒剂，同时解决了超细Pd纳米粒子和有机磷水解酶不稳定以及回收难的问题。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂，通过将钯纳米粒子和有机磷水解酶集成到共价有机框架上制备得到稳定的双功能杂化催化剂，该方法首次将超细金属纳米粒子和生物酶共固定到共价有机框架上，从而为杂化催化剂的制备提供了一种新策略。同时本发明还提出了利用该双功能杂化催化剂实现级联降解有机磷神经毒剂的应用和方法。
本发明中通过选择耐酸碱、耐有机溶剂、耐高温的共价有机框架材料作为钯纳米粒子和有机磷水解酶载体制备的杂化催化剂可以适应恶劣环境。将钯纳米粒子和有机磷水解酶共固定到共价有机框架上，提高了钯纳米粒子和有机磷水解酶在使用过程中的稳定性。其中钯纳米粒子位于孔中，酶位于表面，该结构可以保证各化学组分的可及性并避免不同催化剂的相互抑制。将构建的杂化催化剂用于级联降解有机磷神经毒剂，降解效率高，降解更彻底，杂化催化剂可重复多次使用。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂的制备方法，包括如下步骤：
a)采用具有三嗪基的单体和具有羟基的单体，利用热溶剂法制备包含羟基的共价有机框架材料COFs-OH；
b)利用两相法将钯原位固定到COFs-OH的孔中，得到产物记为Pd@COFs-OH；
c)利用丁二酸酐对Pd@COFs-OH进行羧基化修饰，得到产物记为Pd@COFs-COOH；
d)利用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)对Pd@COFs-COOH的羧基进行活化；
e)将步骤d)中活化后的Pd@COFs-COOH与有机磷水解酶(OPH)溶液混合，进行固定化酶，所得产物即为杂化催化剂，记为Pd@COFs@OPH。
进一步讲，上述的制备方法中：
步骤a)的具体过程是：将2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪和2,5-二羟基对苯二甲醛置于均三甲苯、二氧六环和乙酸的混合溶液中，其中，2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪与2,5-二羟基对苯二甲醛的物质的量之比为2:3，均三甲苯、二氧六环和乙酸的体积比是5.1:0.9:0.6；乙酸的浓度为6mol/L；超声混匀；然后将混合物在120℃反应3天，将得到的红棕色固体分离纯化，即为COFs-OH。
步骤b)的具体过程是：按照质量体积比为1mg/mL将COFs-OH分散到正己烷溶液中，然后在剧烈搅拌的条件下滴加Na2PdCl4水溶液，Na2PdCl4水溶液中Pd与水的质量体积比为12mg/mL，Na2PdCl4水溶液与正己烷溶液的体积比为1/500，搅拌24h；旋干上述混合溶液，将得到的产物重新分散到无水乙醇溶液中，无水乙醇溶液与之前参加反应的正己烷溶液的体积比为2：5，在搅拌条件下加入浓度为0.53mol/L的硼氢化钠溶液，所述硼氢化钠溶液与无水乙醇的体积比为1:10，反应4h，将沉淀分离纯化，即为Pd@COFs-OH。
步骤c)的具体过程是：将适量的Pd@COFs-OH和丁二酸酐加入到无水丙酮溶液中，其中，Pd@COFs-OH和与丁二酸酐的质量比为1:8，Pd@COFs-OH与无水丙酮溶液的质量体积比为5mg/mL；在60℃下剧烈搅拌24h，得到的产物记为Pd@COFs-COOH，用索氏提取器纯化，备用。
步骤d)的具体过程是：将适量的Pd@COFs-COOH分散到一定量的pH＝6，浓度为100mM的磷酸缓冲液中，其中，Pd@COFs-COOH与磷酸缓冲液的质量体积比为2.5mg/mL；然后加入适量的EDC和NHS，室温下反应1h；其中，EDC与NHS的物质的量之比为4:1。
步骤e)的具体过程是：将有机磷水解酶(OPH)溶解到pH＝7，浓度为100mM的磷酸缓冲溶液中得到有质量体积比为1.5mg/mL的有机磷水解酶(OPH)溶液；然后按照质量体积比为2.5mg/mL将步骤c)活化的Pd@COFs-COOH与OPH溶液混合，在摇床上以170r/min，室温条件下震荡8h，得到杂化催化剂Pd@COFs@OPH。
上述制备方法得到的杂化催化剂可以应用与降解有机磷神经毒剂。
利用上述的杂化催化剂实现级联降解有机磷神经毒剂的方法是：采用一锅法，将适量的有机磷神经毒剂、硼氢化钠和如权利要求1至6任一制备方法得到的杂化催化剂加入至Tris-HCl缓冲液中反应；其中，有机磷神经毒剂在体系为1.5mL的pH＝9、浓度为50mM的Tris-HCl缓冲液中进行降解，杂化催化剂的浓度为3.3mg/mL，有机磷神经毒剂的浓度为0.96mmol/L，调节加入硼氢化钠的量为3.75-30mg；然后放置水浴锅中，在20-90℃下反应5-60min。
该降解方法中，优选的是，所述硼氢化钠的加入量为18.75mg，反应温度为70℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)选择耐酸碱、耐有机溶剂、高热稳定性的共价有机框架作为钯纳米粒子和生物酶的载体制备杂化催化剂可以应用于环境极端的反应体系。
(2)利用共价有机框架的孔限域效应可制备高活性的超细的钯纳米粒子。
(3)COFs-OH的三嗪基可以对钯起到锚定的作用，可减少钯在使用过程中的流失。
(4)有机磷水解酶是通过共价的方式固定在COF的表面，与钯分隔开，可避免重金属对酶活性的影响。
(5)对有机磷神经毒剂降解更彻底，终产物4-AP比中间产物4-NP毒性低数十倍。
附图说明
图1是本发明制备过程中得到的COFs-OH的PXRD图；
图2是本发明制备过程中得到的COFs-OH分别在水、盐酸(0.1M)、氢氧化钠(0.1M)、乙醇和丙酮中浸泡1天后的PXRD图；
图3是本发明制备过程中得到的COFs-OH的TGA图；
图4是本发明制备过程中得到的COFs-OH和Pd@COFs-OH的XPS图；
图5是本发明制备过程中得到的COFs-OH和Pd@COFs-OH中N1s的分峰图谱；
图6是本发明制备得到的Pd@COFs@OPH的SEM元素点扫描结果；
图7是本发明制备得到的Pd@COFs@OPH的TEM图；
图8是固定化时间对有机磷水解酶负载量和活性影响的示意图；
图9是本发明降解方法中反应温度对级联降解活性影响的示意图；
图10是本发明降解方法中硼氢化钠浓度对级联降解活性影响的示意图；
图11是本发明降解方法中甲基对硫磷随时间级联降解情况示意图；
图12是本发明降解方法中甲基对氧磷随时间级联降解情况示意图；
图13是Pd@COFs@OPH的重复使用情况下活性效果图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，下述实施例绝非对本发明有任何限制
实施例1：利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂，其制备流程如下：
Figure BDA0002924444230000041
1)采用具有三嗪基的单体和具有羟基的单体，利用热溶剂法制备包含羟基的共价有机框架材料COFs-OH；具体过程是：
将0.26mmol的2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪、0.39mmol的2,5-二羟基对苯二甲醛、5.1mL的均三甲苯、0.9mL的二氧六环和0.6mL(6mol/L)的乙酸加入到耐压管中，超声15min，使混合物充分分散，然后抽真空除去空气，再在120℃的油锅中反应3天，反应完成后得到红棕色沉淀；对红棕色固体进行分离纯化，即先用二氧六环洗三次，然后用N,N-二甲基甲酰胺洗到无浑浊，最后用无水乙醇洗涤，所得沉淀在120℃下真空干燥12h，所得即为包含羟基的共价有机框架材料COFs-OH，COFs-OH的反应式如下：
Figure BDA0002924444230000051
对制备得到的COFs-OH进行了小角度PXRD表征，结果如图1所示，在2θ＝2.8°、4.9°、5.7°和7.6°出现了明显的特征峰，说明制备的COFs-OH具有良好的晶型。为了探究COFs-OH的稳定性，以便之后将杂化催化剂应用于复杂的体系中。将COFs-OH放在水、0.1MHCl、0.1M NaOH、乙醇和丙酮溶剂中分别浸泡1天之后进行了PXRD表征，从图2中可以看出他们与初始COFs-OH的衍射峰并没有发生明显的变化，晶型结构并未遭到破坏，说明COFs-OH在不同的溶剂环境下均有良好的稳定性。为了进一步证明COFs-OH具有良好的热稳定性，对COFs-OH进行了TGA表征结果如图3所示，100℃内质量损失为0.58％，这主要是COFs-OH吸收了少量水分导致的，100-500℃的损失仅为8.42％，在500℃以内COFs-OH质量损失很少，因此COFs-OH具有良好的热稳定性。
2)利用两相法将钯原位固定到COFs-OH的孔中，得到产物记为Pd@COFs-OH；
将50mg步骤1)制备得到的COFs-OH分散到50mL正己烷溶液中，然后在剧烈搅拌的条件下滴加0.1mL的Na2PdCl4(Pd 12mg/mL)水溶液搅拌24h，然后将该混合液旋干并分散到无水乙醇溶液中，然后加入2mL(0.53mol/L)的硼氢化钠溶液，在室温下搅拌4h，然后过滤分离，用乙醇和水洗涤，在60℃下真空干燥12h，所得即为Pd@COFs-OH。
通过XPS探究COFs-OH和Pd@COFs-OH表面的元素的组成。如图4所示，COFs-OH表面含有C、N、O三种元素，与COFs-OH相比Pd@COFs-OH表面增加了Pd元素，表明Pd原子成功引入。图5表示了COFs-OH和Pd@COFs-OH中N原子的分峰图谱，COFs中N1s的结合能在397.9eV，对应C＝N，Pd@COFs-OH中N1s的结合能为397.5eV和399.1eV，分别对应C＝N和Pd-N。其中Pd-N是源于Pd和N形成的配位键。证明了COFs对Pd有锚定作用，从而使催化剂可以稳定的存在。
3)利用丁二酸酐对Pd@COFs-OH进行羧基化修饰，得到产物记为Pd@COFs-COOH；
首先对步骤2)制备得到的带有羟基基团的Pd@COFs-OH进行羧基化，具体步骤是将50mg的Pd@COFs-OH、400mg的丁二酸酐和10mL的无水丙酮加入到耐压管中，然后60℃恒温水浴锅中剧烈搅拌24h，反应完成后过滤收集产品并用无水丙酮和四氢呋喃分别洗涤3次。所得产物用含有四氢呋喃的索氏提取器纯化24h，最后将产物60℃真空干燥12h。
4)在固定化酶之前，利用EDC和NHS对步骤3)制备得到的羧基化的Pd@COFs-COOH上的羧基进行活化；即：先将100mg的Pd@COFs-COOH分散到40mL的磷酸缓冲液中(pH＝6，100mM)，然后，加入0.7668g的EDC和0.1151g的NHS，反应1h。
5)将有机磷水解酶(OPH)溶解到pH＝7，浓度为100mM的磷酸缓冲溶液中得到有质量体积比为1.5mg/mL的有机磷水解酶(OPH)溶液；然后按照质量体积比为2.5mg/mL将步骤4)中活化后的Pd@COFs-COOH与有机磷水解酶(OPH)溶液混合进行固定化酶得到杂化催化剂Pd@COFs@OPH，即，放在摇床上在25℃条件下以170r/min固定一定时间，时间分别为1h、2h、3h、4h、6h、8h和12h。采用Bradford法确定固定化酶的蛋白负载量，以甲基对硫磷为底物测量有机磷水解酶的活性。
对Pd@COFs@OPH进行了SEM-EDX表征，结果如图6所示，对杂化催化剂的元素进行了定性分析，结果显示主要含有C、N、O、P、S和Pd元素，与杂化催化剂的元素构成相符。通过对Pd@COFs@OPH进行透射电镜表征可以得到Pd的分布情况，从图7中，可以观察到钯纳米粒子平均粒径为2.5nm并且分散良好。图8显示了固定时间对蛋白负载量的影响，可以看出在固定8h后酶的负载量和活性基本保持不变，酶的负载量达到最大为31.65mg/gsupport、活性为19.73U/gsupport。在本发明中选取固定时间为8h制备杂化催化剂。
实施例2：反应温度和硼氢化钠加入量对级联降解甲基对硫磷活性的影响
将5mg实施例1中(固定时间为8h)制备的杂化催化剂、1.44μmol的甲基对硫磷和一定量的硼氢化钠加入到1.5mL的Tris-HCl缓冲液(50mM，pH＝9)中在一定温度下反应，通过测定单位时间内4-AP的生成量优化反应温度和体系中硼氢化钠的加入量。当硼氢化钠加入量为22.5mg，反应温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃时的级联降解活性如图9所示，在反应温度为70℃时，降解活性最高为8.372μM/min/g。取优选的反应温度70℃，硼氢化钠加入量为3.75mg、7.5mg、11.25mg、15mg、18.75mg、22.5mg、26.25mg和30mg时级联降解活性如图10所示，硼氢化钠加入量为18.75mg时降解速率最大，降解活性最高为9.139μM/min/g。
实施例3：将5mg实施例1中(固定时间为8h)制备的杂化催化剂、1.44μmol的甲基对硫磷和18.75mg的硼氢化钠放入1.5mL的pH＝9，浓度为50mM的Tris-HCl缓冲液中，在70℃下反应。通过监测降解不同时间反应体系中4-AP的含量来观察有机磷神经毒剂的降解情况，从图11中可以观察到甲基对硫磷可在50min完全降解为4-AP。
实施例4：将5mg实施例1中(固定时间为8h)制备的杂化催化剂、1.44μmol的甲基对氧磷和18.75mg的硼氢化钠放入1.5mL的pH＝9，浓度为50mM的Tris-HCl缓冲液中，在70℃下反应。通过监测降解不同时间反应体系中4-AP的含量来观察有机磷神经毒剂的降解情况，从图12中可以观察到甲基对氧磷可在60min完全降解为4-AP。
实施例5：按照实施例3的反应条件，将杂化催化剂循环反应6次，测定每次反应后的4-AP的量评估催化剂的性能。从图13中可以观察到重复使用6次后杂化催化剂仍可保留初始活性的64.62％，说明杂化催化剂具有较好的操作稳定性。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种利用COFs固定钯和有机磷水解酶构建杂化催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)采用具有三嗪基的单体和具有羟基的单体，利用热溶剂法制备包含羟基的共价有机框架材料COFs-OH；
b)利用两相法将钯原位固定到COFs-OH的孔中，得到产物记为Pd@COFs-OH；
c)利用丁二酸酐对Pd@COFs-OH进行羧基化修饰，得到产物记为Pd@COFs-COOH；
d)利用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)对Pd@COFs-COOH的羧基进行活化；
e)将步骤d)中活化后的Pd@COFs-COOH与有机磷水解酶(OPH)溶液混合，进行固定化酶，所得产物即为杂化催化剂，记为Pd@COFs@OPH。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)的具体过程是：
将2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪和2,5-二羟基对苯二甲醛置于均三甲苯、二氧六环和乙酸的混合溶液中，其中，2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪与2,5-二羟基对苯二甲醛的物质的量之比为2:3，均三甲苯、二氧六环和乙酸的体积比是5.1:0.9:0.6；乙酸的浓度为6mol/L；超声混匀；然后将混合物在120℃反应3天，将得到的红棕色固体分离纯化，即为COFs-OH。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)的具体过程是：
按照质量体积比为1mg/mL将COFs-OH分散到正己烷溶液中，然后在剧烈搅拌的条件下滴加Na2PdCl4水溶液，Na2PdCl4水溶液中Pd与水的质量体积比为12mg/mL，Na2PdCl4水溶液与正己烷溶液的体积比为1/500，搅拌24h；旋干上述混合溶液，将得到的产物重新分散到无水乙醇溶液中，无水乙醇溶液与之前参加反应的正己烷溶液的体积比为2：5，在搅拌条件下加入浓度为0.53mol/L的硼氢化钠溶液，所述硼氢化钠溶液与无水乙醇的体积比为1:10，反应4h，将沉淀分离纯化，即为Pd@COFs-OH。
4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)的具体过程是：
将适量的Pd@COFs-OH和丁二酸酐加入到无水丙酮溶液中，其中，Pd@COFs-OH和与丁二酸酐的质量比为1:8，Pd@COFs-OH与无水丙酮溶液的质量体积比为5mg/mL；在60℃下剧烈搅拌24h，得到的产物记为Pd@COFs-COOH，用索氏提取器纯化，备用。
5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)的具体过程是：
将适量的Pd@COFs-COOH分散到一定量的pH＝6，浓度为100mM的磷酸缓冲液中，其中，Pd@COFs-COOH与磷酸缓冲液的质量体积比为2.5mg/mL；然后加入适量的EDC和NHS，室温下反应1h；其中，EDC与NHS的物质的量之比为4:1。
6.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述步骤e)的具体过程是：
将有机磷水解酶(OPH)溶解到pH＝7，浓度为100mM的磷酸缓冲溶液中得到有质量体积比为1.5mg/mL的有机磷水解酶(OPH)溶液；然后按照质量体积比为2.5mg/mL将步骤c)活化的Pd@COFs-COOH与OPH溶液混合，在摇床上以170r/min，室温条件下震荡8h，得到杂化催化剂Pd@COFs@OPH。
7.将权利要求1-6任一制备方法得到的杂化催化剂在降解有机磷神经毒剂的应用。
8.一种利用杂化催化剂实现级联降解有机磷神经毒剂的方法，其特征在于，
采用一锅法，将适量的有机磷神经毒剂、硼氢化钠和如权利要求1至6任一制备方法得到的杂化催化剂加入至Tris-HCl缓冲液中反应；其中，有机磷神经毒剂在体系为1.5mL的pH＝9、浓度为50mM的Tris-HCl缓冲液中进行降解，杂化催化剂的浓度为3.3mg/mL，有机磷神经毒剂的浓度为0.96mmol/L，调节加入硼氢化钠的量为3.75-30mg；然后放置水浴锅中，在20-90℃下反应5-60min。
9.根据权利要求8所述的级联降解有机磷神经毒剂的方法，其特征在于，所述硼氢化钠的加入量为18.75mg。
10.根据权利要求8所述的级联降解有机磷神经毒剂的方法，其特征在于，反应温度为70℃。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113499793A (zh) * 2021-07-15 2021-10-15 上海交通大学 CoNPs/3DNG在催化降解有机磷化合物中的应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105921178A (zh) * 2016-04-27 2016-09-07 吉林大学 一种多孔芳香骨架化合物固载金属钯催化剂PAF11-Pd及其制备方法和应用
CN107607525A (zh) * 2017-10-19 2018-01-19 北京市理化分析测试中心 负载贵金属纳米粒子的金属有机骨架及制备方法和应用
CN109490532A (zh) * 2018-12-28 2019-03-19 陕西师范大学 一种利用金属有机框架材料制备酶标记抗体的方法
CN110229807A (zh) * 2019-05-10 2019-09-13 河北工业大学 有机磷固定化酶催化剂的制备方法和有机磷固定化酶催化剂与其应用
CN111690637A (zh) * 2020-05-11 2020-09-22 河北工业大学 有机磷降解酶基多功能催化剂的制备方法和有机磷降解酶基多功能催化剂及其应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105921178A (zh) * 2016-04-27 2016-09-07 吉林大学 一种多孔芳香骨架化合物固载金属钯催化剂PAF11-Pd及其制备方法和应用
CN107607525A (zh) * 2017-10-19 2018-01-19 北京市理化分析测试中心 负载贵金属纳米粒子的金属有机骨架及制备方法和应用
CN109490532A (zh) * 2018-12-28 2019-03-19 陕西师范大学 一种利用金属有机框架材料制备酶标记抗体的方法
CN110229807A (zh) * 2019-05-10 2019-09-13 河北工业大学 有机磷固定化酶催化剂的制备方法和有机磷固定化酶催化剂与其应用
CN111690637A (zh) * 2020-05-11 2020-09-22 河北工业大学 有机磷降解酶基多功能催化剂的制备方法和有机磷降解酶基多功能催化剂及其应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113499793A (zh) * 2021-07-15 2021-10-15 上海交通大学 CoNPs/3DNG在催化降解有机磷化合物中的应用
CN113499793B (zh) * 2021-07-15 2022-09-06 上海交通大学 CoNPs/3DNG在催化降解有机磷化合物中的应用

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