專利名稱：一種磁性光酶復(fù)合催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型磁性光酶復(fù)合催化劑，具體地，本發(fā)明涉及一種將二氧化鈦光催化與漆酶酶催化的電子傳遞鏈耦合的磁性光酶復(fù)合催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
漆酶(苯二醇氧化還原酶，EC I. 10. 3. 2)是一種含銅的多酚氧化酶，和植物中的抗壞血酸氧化酶、哺乳動(dòng)物的血漿銅藍(lán)蛋白同屬藍(lán)色多銅氧化酶家族。漆酶能通過4個(gè)電子將O2催化還原成水，并且伴隨著一些酚類底物的氧化。漆酶氧化酚類、芳香胺類等物質(zhì)的催化反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、選擇性高、催化效率高的優(yōu)點(diǎn)。漆酶是最具有應(yīng)用前景的氧化還原酶之一，主要用于有機(jī)合成、環(huán)境污染物的降解和染料脫色、生物檢測和電化學(xué)分析、造紙工業(yè)中的紙漿漂白和廢水處理、纖維原料的降解等。
然而，在漆酶的催化氧化過程中，電子從底物向漆酶的傳遞是該反應(yīng)的限速步驟，成為漆酶催化需要解決的核心問題之一(Oxidation of Phenols, Anilines, andBenzenethiols by Fungal Laccases: Correlation between Activity andRedox Potentials as WelI as Halide Inhibition, Feng Xuj Biochemistry,1996,35:7608-7614)。此外，由于游離漆酶易失活、無法回收且產(chǎn)品價(jià)格較高，造成了其應(yīng)用成本的上升。利用磁性載體進(jìn)行酶的固定化，不僅可以大大改善酶的穩(wěn)定性、催化活性、選擇性和抗抑制性，有利于固定化酶從反應(yīng)體系中分離和回收，適合于大規(guī)模連續(xù)化操作，并可利用磁場控制固定化酶的運(yùn)動(dòng)方式和方向，提高酶的催化效率。利用半導(dǎo)體光催化劑處理各類污染物廢水的研究已有大量的報(bào)道，其降解對(duì)象涉及酚類、染料、多環(huán)芳烴等多種重要有機(jī)化合物和部分無機(jī)化合物。光催化氧化以N型半導(dǎo)體為催化劑，其中TiO2活性高、對(duì)人體無害，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、紫外屏蔽作用、耐光腐蝕、難溶，并且具有較深的價(jià)帶能級(jí)，可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之無毒、成本低，所以被廣泛用作光催化氧化反應(yīng)的催化劑。磁性二氧化鈦納米粒子及其光催化特性的研究已有文獻(xiàn)報(bào)道，磁核的摻雜提高了 TiO2對(duì)可見光的吸收效率(磁性二氧化鈦納米粒子的制備及其光催化性能，李和平等，分子催化，2008，6 (22) ,555-560)。在酶與TiO2協(xié)同作用處理酚類廢水上，Meizler等采用表面包覆TiO2的玻璃珠進(jìn)行辣根過氧化物酶的固定化，其目的是通過TiO2的光催化破壞酶氧化形成的聚合物，減少其對(duì)酶的抑制作用(A novel glasssupport for the immobilization and UV-activation of horseradish peroxidasefor treatment of halogenated phenols, Alon Meizler.，etc.，Chemical EngineeringJournal, 2011, 172:792-798)。已有的研究表明，水中O2與TiO2表面電子(e—)的結(jié)合成為TiO2光催化的限速步驟，而采用通入過量的氧或負(fù)載惰性金屬的方法加快電子傳遞的作用是有限的(Photocatalytic oxidation of organics in water using pureand silver-modified titanium dioxide particles, Vamathevan V.，etc.，Journal ofPhotochemistry and Photobiology A:Chemistry,2002, 148:233-245.)。
漆酶的氧化還原電位在O. 5-0. 8V，其中變色栓菌漆酶的氧化還原電位為O. 8V ；以漆酶氧化的酚類物質(zhì)為例，其氧化還原電位主要集中O. 5-0. 8V，這解釋了底物電子向漆酶自然態(tài)中間體成為限速步驟的原因(Kinetic and biochemical properties ofhigh and low redox potential laccases from fungal and plant origin, MarcoFrasconi, etc. , Biochimica et Biophysica Acta, 2010，1804:899-908)。而在 TiO2 光催化的過程中，O2是很好的電子受體，但吸附于TiO2表面的O2與電子(e_)的結(jié)合決定于TiO2淺表層的密度，該淺表層的氧化還原電位為0. 1-0. 3V，而O2轉(zhuǎn)變?yōu)椤?2_的氧化還原電位為-0. 28V,這是O2與電子(e-)的結(jié)合緩慢的原因(Ti02Photocatalysis:A HistoricalOverview and Future Prospects, Kazuhito Hashimoto, ProspectsJapanese Journal ofApplied Physics, 2005，44:8269-8285)。Jia等人報(bào)道了采用多孔玻璃珠固定化的漆酶與TiO2光催化協(xié)同作用進(jìn)行酚類催化可提高分催化效果的研究，分析認(rèn)為酶催化與光催化 分別進(jìn)行，產(chǎn)生協(xié)同作用的原因可能是光催化過程中產(chǎn)生的自由基金屬酶催化途徑加速酶催化造成的，該方法雖然實(shí)現(xiàn)了漆酶催化和TiO2光催化的協(xié)同作用，但未能解決各自催化中的限速步驟問題，且固定化酶和TiO2不易回收(Degradation of high concentration2, 4-dichlorophenoI by simultaneous photocatalytic - enzymatic process usingTi02/UV and laccase, Jingbo Jia, etc. , Journal of Hazardous Materials, 2012，205-206:150-155)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中漆酶酶催化和TiO2光催化中分別存在的限速步驟問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種磁性光酶復(fù)合催化劑，所述催化劑采用磁性納米TiO2作為固定化載體，通過漆酶的固定化形成漆酶與磁性納米TiO2的復(fù)合體，漆酶在酚類催化過程中起到電子傳遞的作用，其直接從TiO2表面接受電子(e_)將分子氧還原為水，加速了 H+與e_的分離，解決了漆酶從底物接受電子速率慢和光生電子與O2結(jié)合緩慢的問題。本發(fā)明所述磁性光酶復(fù)合催化劑為固定化在磁性納米TiO2上的漆酶，所述的磁性納米TiO2為經(jīng)過表面功能化的磁性納米TiO2。優(yōu)選地，本發(fā)明所述漆酶與磁性納米TiO2的質(zhì)量比為1:1-1:20 (w/w),例如I: I. I、I: I. 6、I: 2. 7、I: 3. O、I: 4. 3、I: 5. I、I: 5. 7、I: 6. 2、I: 6. 9、I: 7. 4、I: 8. O、I: 8. 4、1:8. 8、1:9. 2、1:9. 9、1:11、1:12. 8、1:14. 3、1:15. 7,1:17. 2,1:18. 8、1:19. 2等。當(dāng)漆酶與磁性納米TiO2的質(zhì)量比小于1:1時(shí)，漆酶的電子傳遞作用弱，催化性能不好；當(dāng)漆酶與磁性納米TiO2的質(zhì)量比大于1:20時(shí)，光催化效果不佳。尤其是當(dāng)漆酶與磁性納米TiO2的質(zhì)量比為1:3-1:15 (w/w)，優(yōu)選1:5-1:10 (w/w)時(shí)，所制備得到的磁性光酶復(fù)合催化劑的催化效果更加好。本發(fā)明所述的磁性納米TiO2為磁性負(fù)載的納米TiO2，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲得的磁性負(fù)載的載體均可用于本發(fā)明，例如Fe3CV Y-Fe2O3或尖晶石類物質(zhì)例如NiFe2CVMnFe2O4等。同時(shí)，磁性納米TiO2的制備方法也有很多，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全有能力獲得磁性納米TiO2的制備方法，典型但非限制性的實(shí)例有溶膠-凝膠法、高速球磨法、反膠束法或水解法中的任意I種或至少2中的結(jié)合。本發(fā)明所述的磁性納米TiO2的載體優(yōu)選為Fe3O4，并且，所述磁性納米TiO2中Fe3O4的含量為 l~4wt%,例如 I. lwt%> I. 3wt%> I. 8wt%、2. 0wt%、2. 2wt%>2. 9wt%、3. lwt%、3. 7wt%>
3.9wt%等。當(dāng)磁性納米TiO2中Fe3O4的含量小于lwt%,則磁性效果不明顯；當(dāng)Fe3O4的含量大于4wt%時(shí),影響磁性納米TiO2的催化效果。本發(fā)明所述磁性納米TiO2的制備方法采用現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道的方法(Comparisonof magnetic-manometer titanium dioxide/ferriferous oxide (Ti02/Fe304) compositephotocatalyst prepared by acid—sol and homogeneous precipitation methods.Jinyuan Chen, Journal of Materials Science, 2010，45:6018 - 6024)制備磁性納米 TiO2納米顆粒。為了能夠使漆酶更好的固定化在磁性納米TiO2上，本發(fā)明優(yōu)選將磁性納米TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)殂~離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒。本發(fā)明所述的將磁性納米TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)殂~離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒的方法有很多種，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲 得，本發(fā)明選取的過程為將磁性納米TiO2先通過亞氨基接枝試劑，將磁性納米TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衼啺被δ軋F(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒，然后通過與銅離子溶液混合反應(yīng)，得到銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒。本發(fā)明的目的之二是提供一種制備磁性光酶復(fù)合催化劑的方法。所述方法為將磁性納米TiO2顆粒經(jīng)過娃燒化反應(yīng)、接枝反應(yīng)和銅離子螯合修飾得到表面功能化的磁性納米TiO2，然后將漆酶固定化在表面功能化的磁性納米TiO2上，得到磁性光酶復(fù)合催化劑。具體地，本發(fā)明所述磁性光酶復(fù)合催化劑的制備方法包括如下步驟(I)配制硅烷化反應(yīng)溶液；(2)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)；(3)進(jìn)行接枝反應(yīng)；(4)進(jìn)行銅離子螯合；(5)進(jìn)行漆酶固化反應(yīng)。本發(fā)明步驟(I)所硅烷化反應(yīng)溶液包括硅烷試劑、一元醇、磁性納米TiO2納米顆粒和水。所述硅烷化試劑選自3-氯丙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、三氯甲基硅烷中的任意I種或至少2種的組合，所述組合例如3-氯丙基三甲氧基硅烷/ 二甲基二氯硅烷、二氣甲基娃燒/3-氣丙基二甲氧基娃燒、3_氣丙基二甲氧基娃燒/ 二甲基二氣娃燒/ 二氣甲基硅烷等；進(jìn)一步優(yōu)選為3-氯丙基三甲氧基硅烷。所述一元醇為C1-C5的直鏈或直鏈烷基一元醇中的任意I種或至少2種的組合，所述一元醇的實(shí)例有甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、異丙醇、叔丁醇等，本發(fā)明所述一元醇進(jìn)一步優(yōu)選自甲醇、乙醇、正丙醇中的任意I種或至少2種的組合，所述組合例如甲醇/乙醇、乙醇/正丙醇/甲醇、正丙醇/乙醇等。以硅烷化試劑的重量為I重量份，一元醇的加入量為20-70重量份，例如一元醇的重量份數(shù)為22、27、31、39、45、52、57、63、67、69等，優(yōu)選40-60重量份。所述磁性納米TiO2納米顆粒為磁性顆粒負(fù)載的納米TiO2,優(yōu)選為將納米TiO2負(fù)載在Fe3O4上，并且優(yōu)選載體Fe3O4占磁性納米TiO2納米顆粒質(zhì)量的l_4wt%。以娃燒化試劑的重量為I重量份，磁性納米TiO2納米顆粒的加入量為0. 1-5重量份，例如磁性納米TiO2納米顆粒的重量份數(shù)為 0. 1,0. 5,1. 0,1. 6,2. 1,2. 8,3. 4,4. 0,4. 2,4. TA. 9 等，優(yōu)選 0. 5-2重量份。本發(fā)明所述的磁性納米TiO2納米顆粒釆用現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道的方法(Comparisonof magnetic-manometer titanium dioxide/ferriferous oxide (Ti02/Fe304) compositephotocatalyst prepared by acid—sol and homogeneous precipitation methods.Jinyuan Chen, Journal of Materials Science，2010，45:6018 - 6024)制備磁性納米TiO2納米顆粒,其主要步驟包括①合成PEG修飾的Fe3O4磁流體,②調(diào)節(jié)磁流體pH并加入Ti (SO4)2，③加入尿素在加熱攪拌條件下進(jìn)行水解和中和反應(yīng)，合成磁性納米TiO2納米顆粒，④將磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離、洗滌后備用。優(yōu)選地,本發(fā)明所述磁性納米TiO2納米顆粒中Fe3O4含量為l_4%(w/w),其含量通過調(diào)控磁流體中固形物含量來調(diào)節(jié)，經(jīng)超聲使其分散于去離子水中，形成穩(wěn)定的懸浮液，濃度為2-10% (w/v)，例如懸浮液的質(zhì)量/體積濃度為2. 1、2·4、2·9、3·5、4· 1、4. 8、5. 3、6. O、
7.5、8. 7、9. 4、9. 8等，然后放入冰箱中冷藏備用。所述水為實(shí)驗(yàn)室用水，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的實(shí)驗(yàn)試劑，本發(fā)明所述水優(yōu)選去離子水、蒸餾水、二次蒸餾水中的任意I中。以硅烷化試劑的重量為I重量份，水的加入量為 5-20 重量份，例如誰的重量份數(shù)為 5. 1,5. 6,6. 0,6. 3,6. 9,7. 3,7. 8,8. 4,9. 0,9. 8,10. 4、10. 6,11. 3,11. 8,12. 4,12. 9,13. 4,13. 9,14. 8,14. 9 等，優(yōu)選 10-15 重量份。優(yōu)選地,步驟(I)所述娃燒化反應(yīng)溶液按重量份數(shù)包括如下組分
硅烷化試劑I 一元醇20-70
磁性納米TiO2納米顆粒0.1-5
水5-20；所述的硅烷化反應(yīng)溶液的各組分的重量份數(shù)均以硅烷化試劑為I重量份為基準(zhǔn)計(jì)算得到的。進(jìn)一步優(yōu)選地,步驟(I)所述娃燒化反應(yīng)溶液按重量份數(shù)包括如下組分
硅烷化試劑I 一元醇40-60
磁性納米TiO2納米顆粒0.5-2
水10-15；所述的硅烷化反應(yīng)溶液的各組分的重量份數(shù)均以硅烷化試劑為I重量份為基準(zhǔn)計(jì)算得到的。優(yōu)選地，步驟(I)所述硅烷化反應(yīng)溶液的配制過程為在室溫、攪拌條件下，向反應(yīng)容器中依次加入配方量的硅烷化試劑、一元醇、磁性納米TiO2納米顆粒、水，調(diào)節(jié)pH值，制得硅烷化反應(yīng)溶液；所述攪拌速率可以選擇200-300轉(zhuǎn)/分，也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行其他范圍的選擇，例如150轉(zhuǎn)/分、或500轉(zhuǎn)/分等。
優(yōu)選地，步驟(I)所述pH值為3-5，例如3. 1,3. 4,3. 9,4. 2,4. TA. 9等。pH值小于3硅烷化反應(yīng)溶液易水解，不穩(wěn)定，縮合也不徹底；pH值大于5，一元醇不穩(wěn)定，硅烷化反應(yīng)進(jìn)行不徹底。本發(fā)明步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)為將步驟(I)得到的硅烷化反應(yīng)溶液在保護(hù)氣氛中，進(jìn)行超聲輔助反應(yīng)，然后經(jīng)過磁分離得到磁性納米TiO2顆粒。優(yōu)選地，步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)的溫度為30_50°C，例如31-48 °C、40-45°C、31 °C、38°C、43°C、47°C、49°C等，溫度低于30°C反應(yīng)速率太慢，溫度高于50°C溫度太高，反應(yīng)物容易聚合；反應(yīng)時(shí)間為 20-60min，例如 25-57min、29-42min、21min、28min、33min、37min、47min、59min等，時(shí)間小于20min,反應(yīng)不徹底，反應(yīng)時(shí)間為60min后,基本達(dá)到反應(yīng)平衡?？紤]到步驟(2)的硅烷化反應(yīng)的反應(yīng)溫度，本發(fā)明步驟(2)優(yōu)選在水浴加熱中進(jìn)行。所述的硅烷化反應(yīng)優(yōu)選在裝有回流裝置的反應(yīng)器中進(jìn)行。
優(yōu)選地，步驟(2)所述超聲的功率為60-120W，例如61W、67W、75W、82W、88W、96W、102W、107W、113W、117W等，超聲功率低于60W，反應(yīng)速率太低，所需反應(yīng)時(shí)間太長，超聲功率太高，得到的硅烷化改性的磁性納米TiO2的結(jié)構(gòu)不好。優(yōu)選地,步驟(2)所述保護(hù)氣選自氮?dú)?、氦氣、氬氣、氖氣、氪氣或氙氣中的任意I種或至少2種的組合,所述組合例如氮?dú)?氦氣、氬氣/氮?dú)狻⒑?氪氣/氬氣、氙氣/氮?dú)?氦氣等，優(yōu)選氮?dú)狻⒑饣驓鍤庵械娜我釯種或至少2種的組合,進(jìn)一步優(yōu)選氮?dú)?。步驟(3)所述接枝反應(yīng)為將步驟(2)得到的產(chǎn)物加入到接枝反應(yīng)試劑中，在保護(hù)氣氛中，攪拌進(jìn)行接枝反應(yīng)，然后經(jīng)過磁分離得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒。優(yōu)選地，所述接枝反應(yīng)試劑為亞氨基二乙酸鈉溶液；所述接枝反應(yīng)在水浴加熱中進(jìn)行；所述接枝反應(yīng)在裝有回流裝置的反應(yīng)器中進(jìn)行；所述攪拌的轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，例如 110-290 轉(zhuǎn) / 分、100-287 轉(zhuǎn) / 分、101 轉(zhuǎn) / 分、105 轉(zhuǎn) / 分、110 轉(zhuǎn) / 分、143 轉(zhuǎn) / 分、167轉(zhuǎn)/分、187轉(zhuǎn)/分、190轉(zhuǎn)/分、196轉(zhuǎn)/分等。所述保護(hù)氣選自氮?dú)狻⒑?、氬氣、氖氣、氪氣或氙氣中的任意I種或至少2種的組合,所述組合例如氮?dú)?氦氣、氬氣/氮?dú)?、氦?氪氣/氬氣、氙氣/氮?dú)?氦氣等，優(yōu)選氮?dú)狻⒑饣驓鍤庵械娜我釯種或至少2種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選氮?dú)狻?yōu)選地，步驟(3)所述的接枝反應(yīng)的pH范圍8-10，例如8. 1,8. 4,8. 8,9. 2,9. 5、
9.8,9. 9 等；反應(yīng)溫度 40-80°C，例如 41°C、47°C、53°C、44°C、59°C、63°C、66°C、72°C、77°C、79°C等；反應(yīng)時(shí)間 30_90min,例如 31min、35min、38min、42min、49min、57min、69min、73min、78min、84min、88min、89min 等。優(yōu)選地，步驟(3)所述的亞氨基二乙酸鈉溶液的濃度優(yōu)選0.5-2% (w/v)，例如O. 51%,O. 56%,O. 63%,O. 79%,O. 85%,O. 93%、I. 32%、I. 54%、I. 85%、I. 92%、I. 96% 等；所述步驟
(2)得到的磁性納米TiO2納米顆粒的濃度為l_4%(w/v)，例如I. 1%、1· 6%、2· 1%、2· 9%、3· 5%、
4.0%、1· 23%、I. 38%、I. 72%,2. 34%,3. 96%,3. 41% 等。步驟(4)所述銅離子螯合為將步驟(3)得到的產(chǎn)物加入到銅離子溶液中，室溫條件下振蕩反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2納米顆粒。本發(fā)明所述銅離子溶液是為了通過銅離子將磁性納米TiO2納米顆粒進(jìn)行螯合修飾，得到銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2納米顆粒。所述銅離子溶液為可溶性的含有二價(jià)銅離子的溶液，例如氯化銅溶液、硫酸銅溶液、硝酸銅溶液或醋酸銅溶液中的任意I種或至少2種的組合，所述組合例如氯化銅溶液/硫酸銅溶液、硝酸銅溶液/氯化銅溶液、氯化銅溶液/硫酸銅溶液/醋酸銅溶液等。優(yōu)選地，步驟(4)所述銅離子溶液優(yōu)選硫酸銅溶液。優(yōu)選地，步驟(4)所述銅離子溶液的濃度優(yōu)選為2-5% (w/v),例如2. 1%、2· 6%、3. 0%、3· 6%、4· 2%、4· 8%、4· 9%等，例如濃度為2. 3% (w/v)的硫酸銅溶液和/或濃度為4. 25%(w/v)的氯化銅溶液。步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)為將步驟(4)制備獲得的銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒與漆酶溶液混合，在室溫條件下，振蕩，進(jìn)行漆酶固定化反應(yīng)，然后經(jīng)磁分離、洗滌后獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶溶液為溶于緩沖液中的游離漆酶，所述緩沖液典型但非限制性的實(shí)例有檸檬酸緩沖液、酒石酸緩沖液、醋酸緩沖液、磷酸緩沖液等。本發(fā)明所述緩沖液均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的緩沖液，其配制過程簡單易操作，本發(fā)明中，選用何種緩沖液溶解漆酶，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)自己掌握的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行選 擇。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶選自真菌漆酶中的I種或至少2種的組合，典型但非限制性的實(shí)例有Trametes漆酶、Agaricus漆酶、Podospora漆酶、Rhizoctonia漆酶、Polyporus 漆酶、Pholiota 漆酶、Coriolus 漆酶、Neurosporus crassa 漆酶或 Plebiaradiata漆酶等，所述組合例如Agaricus漆酶/Podospora漆酶、Rhizoctonia漆酶/Plebiaradiata 漆酶 /Pholiota 漆酶、Coriolus 漆酶 /Neurosporus crassa 漆酶 /Podospora 漆酶等；所述漆酶分子量范圍優(yōu)選為50-100kDa，例如51kDa、55kDa、58kDa、62kDa、69kDa、71kDa、76kDa、85kDa、90kDa、94kDa、98kDa 等。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶溶液的濃度為O. 1-0. 8g/L,例如O. Ilg/L、0. 17g/L、0.23g/L、0.31g/L、0. 37g/L、0. 42g/L、0. 48g/L、0. 57g/L、0. 63g/L、0. 68g/L、0. 73g/L、0. 78g/L、0. 79g/L 等。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶與銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒的質(zhì)量比為(O. 1-0. 4):1,例如 O. 11:1、0· 13:1、0· 18:1、0· 25:1、0· 34:1、0· 41:1、0· 42:1、0·31:1、O. 37:1,0. 39:1 等。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)的pH值為3-6，例如3. I、3. 4、3. 7、4. 2、4. 7、
5.1,5. 6,5. 9 等。優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)的時(shí)間為60_120min,例如61min、63min、67min、75min、84min、91min、99min、103min、108min、112min、115min、119min 等。作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述磁性光酶復(fù)合催化劑的制備方法是以磁性納米TiO2為漆酶固定化載體，以硅烷化試劑為偶聯(lián)劑，加入一定量的一元醇，在酸性條件下，通過超聲、磁分離后，加入適量亞氨基二乙酸鈉溶液，堿性條件下，通過攪拌、磁分離、洗滌后，加入一定濃度CuSO4溶液，經(jīng)攪拌、磁分離后獲得鰲合金屬離子的磁性納米TiO2納米顆粒。在一定濃度漆酶溶液中加入適量鰲合金屬離子的磁性納米TiO2納米顆粒，通過振蕩、磁分離和洗滌后，最終得到新型磁性光酶復(fù)合催化劑。進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明所述的磁性光酶復(fù)合催化劑的制備方法包括以下步驟A、磁性納米TiO2納米顆粒的表面功能化(I)在室溫、攪拌條件下，反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑、一元醇、磁性納米TiO2納米顆粒、水，其中，基于I重量份硅烷化試劑，加入一元醇40-60重量份、磁性納米TiO2納米顆粒O. 5-2重量份、水10-15重量份，調(diào)節(jié)pH值；(2)將步驟(I)得到的混合溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱和加裝回流裝置的條件下進(jìn)行超聲輔助的硅烷化反應(yīng)，經(jīng)磁分離獲得硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物加入到亞氨基二乙酸鈉溶液中，在攪拌、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱和加裝回流裝置的條件下進(jìn)行接枝反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物加入到的硫酸銅溶液中，室溫條件下振蕩反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒。B、表面功能化磁性納米TiO2納米顆粒的漆酶固定化 (5)將制備獲得的表面銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒與溶于緩沖液中的游離漆酶混合，在室溫條件下，振蕩，進(jìn)行漆酶固定化反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。具體地，本發(fā)明的通過磁性納米TiO2納米顆粒表面功能化和漆酶固定化制備磁性光酶復(fù)合催化劑的方法可包括以下步驟(I，)采用現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道的方法(Comparison of magnet ic-manometertitanium dioxide/ferriferous oxide (Ti02/Fe304)composite photocatalyst preparedby acid—sol and homogeneous precipitation methods. Jinyuan Chen, Journal ofMaterials Science, 2010，45:6018 - 6024)制備磁性納米TiO2納米顆粒，其中Fe3O4含量為1-4% (w/w),經(jīng)超聲使其分散于去離子水中，形成穩(wěn)定的懸浮液,濃度為2-10% (w/v),然后放入冰箱中冷臧備用；(I)在室溫(約25°C )、200-400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試齊U、一元醇、磁性納米TiO2納米顆粒、水，其中，基于I重量份硅烷化試劑,優(yōu)選地,加入一元醇8-12重量份、磁性納米TiO2納米顆粒0. 1-0. 4重量份、水2_3重量份，調(diào)節(jié)pH值至3_5，充分?jǐn)嚢?0-30min ；(2)將步驟(2)得到的混合溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱、加裝回流裝置、60-120W的超聲條件下進(jìn)行硅烷化反應(yīng)，反應(yīng)溫度30-50°C，反應(yīng)時(shí)間20_60min，所得硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后，無需洗滌，備用；(3)將步驟(3)得到的產(chǎn)物加入到0. 5-2% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，其中，硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒的濃度為1-4% (w/v),調(diào)節(jié)pH至8-10，在100-300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱和加裝回流裝置的條件下進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)溫度40-80°C，反應(yīng)時(shí)間30-90min,經(jīng)磁分離、洗漆后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(4)得到的產(chǎn)物加入到2-5% (w/v)的硫酸銅溶液中，其中，硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒的濃度為2-6% (w/v),室溫條件下，100-200轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間45-90min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)將制備獲得的表面銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒與溶于緩沖液中的游離漆酶混合，其中，漆酶的濃度為0. 1-0. 8g/L，游離漆酶與表面銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒的混合比例是0. 1-0. 4g漆酶/Ig載體，pH3-6，在室溫條件下，100-200轉(zhuǎn)/分振蕩進(jìn)行漆酶固定化反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間60-120min，經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。
所述的一元醇選自甲醇、乙醇、正丙醇中的一種或者兩者的混合物。所述的漆酶選自真菌漆酶中的一種或者多種的混合物，漆酶分子量范圍為50_100kDa。本發(fā)明的目的之三是提供一種磁性光酶復(fù)合催化劑的用途，所述磁性光酶復(fù)合催化劑用于有機(jī)合成、環(huán)境污染物的降解和染料脫色、生物檢測和電化學(xué)分析、造紙工業(yè)中的紙漿漂白和廢水處理、纖維原料的降解；優(yōu)選用于降解酚類、染料、多環(huán)芳烴等污染環(huán)境的有機(jī)化合物和部分無機(jī)化合物。本發(fā)明所述的磁性光酶復(fù)合催化劑以磁性納米TiO2為固定化載體，通過金屬離子鰲和親和修飾的手段實(shí)現(xiàn)漆酶與磁性納米TiO2復(fù)合體的組建，所述催化劑實(shí)現(xiàn)了催化氧化過程中電子在漆酶與TiO2間的傳遞，解決了漆酶從底物接受電子速率慢和光生電子與O2結(jié)合緩慢的問題，利用酶催化和光催化的協(xié)同作用提高催化氧化效率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化還原電位較高底物及大分子底物的氧化，該催化劑具有超順磁性，可以在外加磁場的作用下進(jìn)行方便有效的控制和分離，制備工藝簡單，易于放大。尤其是當(dāng)所述催化劑中漆酶與磁性納米 TiO2的質(zhì)量比為1:5-10，其中用于催化劑制備的磁性納米TiO2的Fe3O4含量為1_4% (w/w)時(shí)，效果更好。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(I)本發(fā)明提供的磁性光酶復(fù)合催化劑可以實(shí)現(xiàn)催化氧化過程中電子在漆酶與TiO2間的傳遞，解除了兩者催化反應(yīng)中的電子傳遞限速步驟，利用酶催化和光催化的協(xié)同作用提高催化氧化效率；(2)本發(fā)明提供的磁性光酶復(fù)合催化劑可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化還原電位較高底物及大分子底物的氧化；(3)本發(fā)明提供的磁性光酶復(fù)合催化劑具有超順磁性，可以在外加磁場的作用下進(jìn)行方便有效的控制和分離；(4)本發(fā)明提供的磁性光酶復(fù)合催化劑的制備工藝簡單，易于放大。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例I( I ’ )將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為4% (w/w)，磁性納米TiO2的濃度為2% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用。(I)在室溫(25°C)、200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇120g、磁性納米TiO2納米顆粒4g、水30g,調(diào)節(jié)pH值至5,充分?jǐn)嚢?0min后,得娃燒化反應(yīng)溶液；(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱50°C、加裝回流裝置、120W超聲條件下反應(yīng)20min，所得產(chǎn)物經(jīng)磁分離后，得硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到2% (w/v)的亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為4%(w/v)，調(diào)節(jié)pH至10，在300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱80°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間30min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到5% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為6%(w/v),室溫條件下，200轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)45min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于PH3. O酒石酸緩沖液中的O. lg/L游離漆酶混合，納米顆粒的濃度lg/L，在室溫條件下，100轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)60min，經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高50%。
實(shí)施例2( I ’ )將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為1% (w/w)，其濃度為10% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用；(I)在室溫(25°C)、200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇80g、磁性納米TiO2納米顆粒lg、水20g,調(diào)節(jié)pH值至3,充分?jǐn)嚢鐸Omin后,得娃燒化反應(yīng)溶液；(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱30°C、加裝回流裝置、60W超聲條件下反應(yīng)60min,所得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后,得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到O. 5% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為1% (w/v)，調(diào)節(jié)pH至8，在100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱40°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間90min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到2% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為2%(w/v),室溫條件下，100轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)90min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于PH6. O磷酸緩沖液中的O. 8g/L游離漆酶混合，顆粒濃度2g/L，在室溫條件下，200轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)120min，經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高40%。實(shí)施例3( I ’ )將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為2% (w/w)，其濃度為5% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用；(I)在室溫(25°C)、300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇100g、磁性納米TiO2納米顆粒2. 5g、水25g,調(diào)節(jié)pH值至4,充分?jǐn)嚢?0min后,得硅烷化反應(yīng)溶液；
(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱40°C、加裝回流裝置、90W超聲條件下反應(yīng)40min,所得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后,得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到1% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為2% (w/v)，調(diào)節(jié)pH至9，在200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢琛⑼ㄈ氲獨(dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱60°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間60min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到3% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為4%(w/v),室溫條件下，150轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)60min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于PH4. 5檸檬酸緩沖液中的O. 3g/L游離漆酶混合，顆粒濃度lg/L，在室溫條件下，150轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)90min，經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。 催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高70%。實(shí)施例4( I ’ )將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為3% (w/w)，其濃度為4% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用；(I)在室溫(25°C)、200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇90g、磁性納米TiO2納米顆粒3g、水30g,調(diào)節(jié)pH值至4. 5,充分?jǐn)嚢?0min后,得娃燒化反應(yīng)溶液；(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱30°C、加裝回流裝置、60W超聲條件下反應(yīng)50min,所得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后,得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到I. 5% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為3% (w/v)，調(diào)節(jié)pH至8. 5，在150轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱50°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間80min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到4% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為5%(w/v),室溫條件下，120轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)80min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于PH5醋酸緩沖液中的O. 6g/L游離漆酶混合，顆粒濃度2g/L，在室溫條件下，120轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)IOOmin,經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高60%。實(shí)施例5
( I’)將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為I. 4% (w/w)，其濃度為4. 2% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用；(I)在室溫(25°C)、200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇40g、磁性納米TiO2納米顆粒O. 2g、水IOg,調(diào)節(jié)pH值至3. 7,充分?jǐn)嚢?0min后,得硅烷化反應(yīng)溶液；(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱35°C、加裝回流裝置、100W超聲條件下反應(yīng)45min,所得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后,得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到O. 7% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為3. 7%(w/v)，調(diào)節(jié)pH至9. 4，在180轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氦?氬氣保護(hù)、水浴加熱62°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間45min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒； (4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到2. 4% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為
4.1% (w/v),室溫條件下，125轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)50min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于pH5醋酸緩沖液中的O. 2g/L游離漆酶混合，顆粒濃度lg/L，在室溫條件下，120轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)75min,經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高55%。實(shí)施例6( I ’ )將制備獲得的磁性納米TiO2納米顆粒分散于去離子水中形成懸浮液，磁性納米TiO2的Fe3O4含量為3. 8% (w/w)，其濃度為8. 8% (w/v)，然后放入冰箱中冷藏備用；(I)在室溫(25°C)、200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢璧臈l件下反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑2g、一元醇140g、磁性納米TiO2納米顆粒IOgdjC 40g,調(diào)節(jié)pH值至4. 7,充分?jǐn)嚢?5min后,得硅烷化反應(yīng)溶液；(2)將硅烷化反應(yīng)溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱45°C、加裝回流裝置、115W超聲條件下反應(yīng)25min,所得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒經(jīng)磁分離后,得娃燒化磁性納米TiO2納米顆粒；(3)將硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒加入到I. 6% (w/v)亞氨基二乙酸鈉溶液中，顆粒濃度為I. 2%(w/v)，調(diào)節(jié)pH至8. 5，在280轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?、通入氦?氬氣保護(hù)、水浴加熱77°C和加裝回流裝置的條件下反應(yīng)時(shí)間85min，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒；(4)將步驟(3)得到的納米顆粒加入到4. 7% (w/v)的硫酸銅溶液中，顆粒濃度為3. 7% (w/v),室溫條件下，150轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)85min，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒；(5)以步驟(4)得到的銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒作為載體與溶于PH5酒石酸緩沖液中的O. 6g/L游離漆酶混合，顆粒濃度4. 2g/L，在室溫條件下，180轉(zhuǎn)/分振蕩反應(yīng)105min，經(jīng)磁分離、洗滌后，獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。催化活性測試以苯酚為底物進(jìn)行催化活力測定，復(fù)合催化劑的活力較等量游離漆酶和磁性納米TiO2的催化活力之和提高75%。 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁性光酶復(fù)合催化劑，其特征在于，所述磁性光酶復(fù)合催化劑為固定化在磁性納米TiO2上的漆酶，所述的磁性納米TiO2為經(jīng)過表面功能化的磁性納米Ti02。
2.如權(quán)利要求I所述的磁性光酶復(fù)合催化劑，其特征在于，所述表面功能化的磁性納米TiO2為銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒； 優(yōu)選地，所述磁性納米TiO2的Fe3O4含量為l-4wt% ； 優(yōu)選地，所述漆酶與磁性納米TiO2的質(zhì)量比為1:1-1:20 (w/w),優(yōu)選1:3-1:15 (w/w),進(jìn)一步優(yōu)選 1:5-1:10 (w/w)。
3.—種如權(quán)利要求I或2所述的磁性光酶復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法為將磁性納米TiO2顆粒經(jīng)過硅烷化反應(yīng)、接枝反應(yīng)和銅離子螯合修飾得到表面功能化的磁性納米TiO2,然后將漆酶固定化在表面功能化的磁性納米TiO2上，得到磁性光酶復(fù)合催化劑； 優(yōu)選地，所述方法包括如下步驟 (1)配制硅烷化反應(yīng)溶液； (2)進(jìn)行娃燒化反應(yīng)； (3)進(jìn)行接枝反應(yīng)； (4)進(jìn)行銅離子螯合； (5)進(jìn)行漆酶固化反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述硅烷化反應(yīng)溶液按重量份數(shù)包括如下組分 硅烷化試劑I一元醇20-70 磁性納米TiO2納米顆粒0.1-5 水5-20； 優(yōu)選地，步驟(I)所述硅烷化反應(yīng)溶液按重量份數(shù)包括如下組分 硅烷化試劑I一元醇40-60磁性納米TiO2納米顆粒0.5-2水10-15; 優(yōu)選地，步驟(I)所述硅烷化反應(yīng)溶液的配制過程為在室溫、攪拌條件下，向反應(yīng)容器中依次加入配方量的硅烷化試劑、一元醇、磁性納米TiO2納米顆粒、水，調(diào)節(jié)pH值，制得硅烷化反應(yīng)溶液； 優(yōu)選地，步驟(I)所述硅烷化試劑選自3-氯丙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、三氯甲基硅烷中的任意I種或至少2種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所述一元醇選自甲醇、乙醇、正丙醇中的任意I種或至少2種的組合； 優(yōu)選地，步驟(I)所pH值為3-5。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)為將步驟(I)得到的硅烷化反應(yīng)溶液在保護(hù)氣氛中，進(jìn)行超聲輔助反應(yīng)，然后經(jīng)過磁分離得到磁性納米TiO2顆粒； 優(yōu)選地，步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)的溫度為30-50°C，反應(yīng)時(shí)間為20-60min ； 優(yōu)選地，步驟(2)所述超聲的功率為60-120W ； 優(yōu)選地,步驟(2)所述保護(hù)氣選自氮?dú)狻⒑?、氬氣、氖氣、氪氣或氙氣中的任意I種或至少2種的組合，優(yōu)選氮?dú)?、氦氣或氬氣中的任意I種或至少2種的組合，進(jìn)一步優(yōu)選氮?dú)?；?yōu)選地，步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)在水浴加熱中進(jìn)行； 優(yōu)選地，步驟(2)所述硅烷化反應(yīng)在裝有回流裝置的反應(yīng)器中進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述接枝反應(yīng)為將步驟 (2)得到的產(chǎn)物加入到接枝反應(yīng)試劑中，在保護(hù)氣氛中，攪拌進(jìn)行接枝反應(yīng)，然后經(jīng)過磁分離得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒； 優(yōu)選地，步驟(3)所述接枝反應(yīng)的反應(yīng)試劑為亞氨基二乙酸鈉溶液； 優(yōu)選地，步驟(3 )所述的接枝反應(yīng)的pH范圍8 -10，反應(yīng)溫度40 -8 (TC，反應(yīng)時(shí)間30_90min ； 優(yōu)選地,步驟(3)所述保護(hù)氣選自氮?dú)狻⒑?、氬氣、氖氣、氪氣或氙氣中的任意I種或至少2種的組合； 優(yōu)選地，步驟(3)所述接枝反應(yīng)在水浴加熱中進(jìn)行； 優(yōu)選地，步驟(3)所述接枝反應(yīng)在裝有回流裝置的反應(yīng)器中進(jìn)行； 所述攪拌的轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分。
7.如權(quán)利要求3-6之一所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述銅離子螯合為將步驟(3)得到的產(chǎn)物加入到銅離子溶液中，室溫條件下振蕩反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2納米顆粒； 優(yōu)選地，步驟(4)所述銅離子溶液優(yōu)選硫酸銅溶液。
8.如權(quán)利要求3-7之一所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)為將步驟(4)制備獲得的銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒與漆酶溶液混合，在室溫條件下，振蕩，進(jìn)行漆酶固定化反應(yīng)，然后經(jīng)磁分離、洗滌后獲得磁性光酶復(fù)合催化劑； 優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶溶液為溶于緩沖液中的游離漆酶； 優(yōu)選地，步驟(5 )所述漆酶選自真菌漆酶中的I種或至少2種的組合，所述漆酶分子量范圍優(yōu)選為50-100kDa ； 優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶溶液的濃度為0. 1-0. 8g/L ； 優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶與銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒的質(zhì)量比為1:1-1:20 (w/w),優(yōu)選 1:3-1:15 (w/w),進(jìn)一步優(yōu)選 1:5-1:10 (w/w)； 優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)的pH值為3-6 ； 優(yōu)選地，步驟(5)所述漆酶固化反應(yīng)的時(shí)間為60-120min。
9.如權(quán)利要求3-8之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (I)在室溫、攪拌條件下，反應(yīng)體系中依次加入硅烷化試劑、一元醇、磁性納米TiO2納米 顆粒、水，其中，基于I重量份硅烷化試劑,加入一元醇40-60重量份、磁性納米TiO2納米顆粒0. 5-2重量份、水10-15重量份，調(diào)節(jié)pH值3-5 ；(2)將步驟(I)得到的混合溶液在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱和加裝回流裝置的條件下進(jìn)行超聲輔助的硅烷化反應(yīng)，經(jīng)磁分離獲得硅烷化磁性納米TiO2納米顆粒； (3)將步驟(2)得到的產(chǎn)物加入到亞氨基二乙酸鈉溶液中，在攪拌、通入氮?dú)獗Ｗo(hù)、水浴加熱和加裝回流裝置的條件下進(jìn)行接枝反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后得到具有亞氨基功能團(tuán)的磁性納米TiO2納米顆粒； (4)將步驟(3)得到的產(chǎn)物加入到的硫酸銅溶液中，室溫條件下振蕩反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得銅離子鰲合的磁性納米TiO2納米顆粒。
(5)將步驟(4)制備獲得的銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2納米顆粒與溶于緩沖液中 的游離漆酶混合，在室溫條件下，振蕩，進(jìn)行漆酶固定化反應(yīng)，經(jīng)磁分離、洗滌后獲得磁性光酶復(fù)合催化劑。
10.一種如權(quán)利要求I或2所述的磁性光酶復(fù)合催化劑的用途，其特征在于，所述磁性光酶復(fù)合催化劑用于有機(jī)合成、環(huán)境污染物的降解和染料脫色、生物檢測和電化學(xué)分析、造紙工業(yè)中的紙漿漂白和廢水處理、纖維原料的降解；優(yōu)選用于降解酚類、染料、多環(huán)芳烴等污染環(huán)境的有機(jī)化合物和部分無機(jī)化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性光酶復(fù)合催化劑及其制備方法，所述磁性光酶復(fù)合催化劑為固定化在經(jīng)過表面功能化的磁性納米TiO2上的漆酶，尤其是固定化在銅離子鰲合修飾的磁性納米TiO2顆粒上的漆酶。本發(fā)明提供的磁性光酶復(fù)合催化劑實(shí)現(xiàn)了催化氧化過程中電子在漆酶與TiO2間的傳遞，解決了漆酶從底物接受電子速率慢和光生電子與O2結(jié)合緩慢的問題，利用酶催化和光催化的協(xié)同作用提高催化氧化效率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化還原電位較高底物及大分子底物的氧化，該催化劑具有超順磁性，可以在外加磁場的作用下進(jìn)行方便有效的控制和分離，制備工藝簡單，易于放大。
文檔編號(hào)A62D3/02GK102728410SQ20121019390
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者劉春朝, 王 鋒, 郭晨 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所