羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水體消毒的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用；具體涉及一種羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料及其制備方法，以及該羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料與在去除水體中病原體的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]消毒是水處理中的一個(gè)重要部分，也是提供安全飲用水最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的消毒技術(shù)主要有:加氯法、臭氧法、紫外線法等。然而，當(dāng)水體中存在有機(jī)物、溴化物或碘化物時(shí)，加氯法、臭氧法等會(huì)造成致癌性消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，進(jìn)而造成二次污染。因此，目前各種不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的消毒技術(shù)被廣泛研究，其中包括銀納米粒子或自然有機(jī)抗菌劑如，抗菌肽、殼聚糖和溶菌酶等。溶菌酶易溶于水對許多的病原細(xì)菌和病毒有很大的破壞作用。然而，溶菌酶因兩個(gè)原因在水體消毒應(yīng)用中受到限制:第一，水體中細(xì)菌或病毒的低濃度造成細(xì)菌不容易被溶菌酶捕捉到。第二，溶菌酶在水中易隨著水流流失掉而不可重復(fù)利用。由于溶菌酶的三維大小為3nmX3nmX4.5nm，一般的載體，由于孔徑較小，孔道相互不貫通，溶菌酶只能少量的吸附在載體表面，吸附量不多；同時(shí)，溶菌酶吸附在載體表面容易脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負(fù)載量大、固定酶活性更高、穩(wěn)定性好，且可重復(fù)利用的羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料，還提供了羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料的制備方法，制備工藝簡單；還提供了羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料去除病原體中的應(yīng)用，具有安全，環(huán)保，不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物等優(yōu)勢。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料，所述羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料以羧基化三維有序介孔碳為載體，溶菌酶通過共價(jià)交聯(lián)在羧基化三維有序介孔碳上。
[0005]上述的羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料，優(yōu)選的，溶菌酶通過交聯(lián)劑共價(jià)交聯(lián)在羧基化三維有序介孔碳上。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑包括N- (3-二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-輕基琥泊酰亞胺。N-(3- 二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的質(zhì)量比優(yōu)選為8: 6?5: 3。
[0006]作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種以上所述羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟: 51、將羧基化三維有序介孔碳與交聯(lián)劑反應(yīng)，得到活化的羧基化三維有序介孔碳；
52、將所述活化的羧基化三維有序介孔碳與溶菌酶振蕩反應(yīng)，得到羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料。
[0007]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述羧基化三維有序介孔碳采用以下方法制備得到: 制備三維有序介孔碳；將所述三維有序介孔碳加入到硝酸溶液中，加熱反應(yīng)，得到羧基化三維有序介孔碳。
[0008]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述制備三維有序介孔碳的的具體步驟為:
將草酸溶解于糠醇中，得到混合溶液，將糠醇和草酸的混合溶液滴到有序介孔碳模板中，干燥后置于保護(hù)氣體中進(jìn)行熱處理，得到熱處理產(chǎn)物；將所述熱處理產(chǎn)物于100°C?200°C下，用濃度為4 mol/L?8 mol/L的氫氧化鈉溶液脫除硅模板，得到三維有序介孔碳。
[0009]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述有介孔硅模板的制備方法包括以下步驟:以正硅酸乙酯為硅源，賴氨酸為催化劑，通過水熱反應(yīng)得到二氧化硅溶膠，再在60?80°C下干燥后、于600°C下煅燒得到有序介孔硅，賴氨酸與正硅酸乙酯的摩爾比為1: 40?1: 80，水熱反應(yīng)溫度為50°C?60°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為48 h?50 h。
[0010]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述三維有序介孔碳的制備過程中，硝酸溶液濃度為2mol/L ?4 mol/L。
[0011]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述三維有序介孔碳的制備過程中，加熱反應(yīng)溫度為70°C?90°C，反應(yīng)時(shí)間為2?5 ho
[0012]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述三維有序介孔碳的制備過程中，熱處理溫度為900°C，熱處理時(shí)間為4h。
[0013]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述SI步驟具體包括以下步驟:
Sl-1、將N-(3- 二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺溶解于MES緩沖液中，得到交聯(lián)劑溶液；
51-2、將羧基化三維有序介孔碳加入到所述交聯(lián)劑溶劑中反應(yīng)，得到活化的羧基化三維有序介孔碳。
[0014]上述的制備方法，優(yōu)選的，MES緩沖液的濃度為0.05 mol/L?0.1 mol/L，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1 mol/L。MES緩沖溶液的pH優(yōu)選為5.0?6.0，進(jìn)一步優(yōu)選為5.5。
[0015]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述羧基化三維有序介孔碳與N-(3_ 二甲氨基丙基)-N’-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺的質(zhì)量比為1: 8: 6?1: 5: 3。
[0016]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述羧基化三維有序介孔碳與交聯(lián)劑反應(yīng)的條件為:溫度為20°(:?30°(:，時(shí)間為0.5 h?I h。
[0017]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述S2步驟具體包括以下步驟:
52-1:將溶菌酶溶解于磷酸鹽緩沖溶液中，得到溶菌酶溶液；
S2-2:將活化的羧基化三維有序介孔碳加入到溶菌酶溶液中，振蕩反應(yīng)，得到羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料。
[0018]上述的制備方法，優(yōu)選的，磷酸鹽緩沖溶液的pH為5?11，進(jìn)一步的優(yōu)選為10。
[0019]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述活化的羧基化三維有序介孔碳與溶菌酶的質(zhì)量比為1:1?1: 4。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述活化羧基化三維有序介孔碳與溶菌酶的質(zhì)量比為I: 2。
[0020]上述的制備方法，優(yōu)選的，活化羧基化三維有序介孔碳與溶菌酶振蕩反應(yīng)的溫度為5°C?55°C，反應(yīng)時(shí)間為3 h?24 h，振蕩頻率為150 rpm?300 rpm。
[0021]作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種權(quán)利要求所述的羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料或所述制備方法制備得到的羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料在去除水體中病原體的應(yīng)用。
[0022]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述應(yīng)用方法為:將所述羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料加入到含病原體的溶液中進(jìn)行振蕩吸附。
[0023]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述病原體包括革蘭氏陽性菌和/或革蘭氏陰性菌，革蘭氏陽性菌優(yōu)選為金黃色葡萄球菌；革蘭氏陰性菌優(yōu)選為大腸桿菌。
[0024]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述含病原體的溶液中病原體的濃度為I X 14 CFU/mL?16CFU/mLο
[0025]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，pH為5?7。
[0026]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料的添加量為
0.2 ?1.0 mg/mL。
[0027]上述的應(yīng)用，優(yōu)選的，所述振蕩吸附的時(shí)間為I h?3 h。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明的羧基化三維有序介孔碳-溶菌酶復(fù)合材料，以羧基化三維有序介孔碳為載體，三維有序介孔碳具有孔徑均一、孔道排列整齊有序和孔之間有小窗口連通的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，這樣更有利于酶分子在孔道中的傳遞，使其更易到達(dá)酶活性點(diǎn)。而二維有序介孔碳孔道排列整齊，但各個(gè)孔道之間是相互不貫通的，并不利于溶菌酶活性的發(fā)揮。
[0029](2)本發(fā)明提供了一種羧基化三