專利名稱：基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒及其制備方法以及在去除水體中污染物中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重，有機(jī)污染物日積月累并持久存在，已嚴(yán)重危害到生態(tài)系統(tǒng)的健康和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。除了難以降解外，它們還具有較高的生物毒性和致癌、致畸、致突變性。因此，研究開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的廢水處理新技術(shù)成為全世界環(huán)保工作者關(guān)心的熱點(diǎn)。漆酶是一種含銅的多酚氧化酶，它能夠催化大量的酚類和芳香胺類化合物的氧化，在廢水處理、生物漂白、芳香化合物轉(zhuǎn)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。漆酶的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)使得漆酶容易失活、回收難以及難以連續(xù)使用等問題，限制了漆酶的有效使用。將漆酶進(jìn)行固定化的技術(shù)是解決這些問題的有效措施之一。離子液體具有溶解范圍廣、電化學(xué)窗口寬、良好的熱穩(wěn)定性、“零”蒸氣壓、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境友好的綠色溶劑。離子液體具有較高粘度，在萃取水中有機(jī)污染物時(shí)，兩相界面較小、回收困難以等問題，限制了離子液體的有效使用。采用具有高比表面積及良好分散性的磁性納米材料同時(shí)固定漆酶和離子液體，不僅能夠明顯提高漆酶的穩(wěn)定性及離子液體和漆酶的重復(fù)利用率，而且為漆酶引入離子液體為催化微環(huán)境，可提高漆酶活性及解決離子液體的回收再生問題。在除去水體中污染物的領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒的制備方法；該方法基于磁性納米二氧化硅微球?yàn)檩d體，通過共價(jià)鍵合作用將漆酶和離子液體固定在該載體上；利用羰基鐵為鐵源，化學(xué)沉淀法合成磁性Y -Fe2O3納米顆粒；以該納米磁性粒子為核，正硅酸乙酯和硅烷偶聯(lián)劑為硅源，利用溶膠-凝膠法制得表面氨基功能化的納米核殼式磁性二氧化硅。以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺為偶聯(lián)劑，固定化漆酶，制得磁性納米二氧化硅微粒的固定化漆酶。再與以N，N-羰基二咪唑(CDI)和含有羧基的離子液體反應(yīng)合成功能化離子液體反應(yīng)，制備磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒。本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述方法制備而成的基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒。本發(fā)明的再一目的在于提供上述基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒在去除水體中污染物中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒的制備方法，包括以下操作步驟
(I)制備表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒將辛醚、油酸和羰基鐵混合，加熱至90 140°C，反應(yīng)I 4小時(shí)，冷卻至室溫，加入無水氧化三甲胺，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，力口熱至120 150°C，反應(yīng)I 3小時(shí)后，冷卻至室溫，加入乙醇，離心分離，所得沉淀為磁性Y -Fe2O3納米顆粒；將磁性Y -Fe2O3納米顆粒分散于正己烷，得到濃度為O. 5g/mL的磁性納米Y-Fe2O3溶液；將磁性納米Y-Fe2O3溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷混合并超聲分散10分鐘，加入氨水和正硅酸乙酯，在室溫下，攪拌反應(yīng)24 48小時(shí)，再加入硅烷偶聯(lián)劑，在室溫下，攪拌反應(yīng)12 48小時(shí)；離心分離，固相為表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒。(2)表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽加入到漆酶溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)12 48小時(shí)；磁性分離，收集固相為基于磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶。 (3)磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶和功能化離子液體混合，在室溫下攪拌反應(yīng)24小時(shí)。磁性分離，收集固相為基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒。步驟(I)所述羰基鐵和辛醚的體積比為1:50 1:20，所述羰基鐵和油酸的摩爾比為1:3 1:6 ;所述羰基鐵和無水氧化三甲胺的摩爾比為1:3 1:5 ;所述羰基鐵和乙醇的體積比為1:100 1:300 ;所述聚氧乙烯壬基苯基醚的聚合度為520 ;所述磁性納米Y-Fe2O3溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷的體積比為1:(0. 6 3): (12 30);所述納米Y-Fe2O3溶液和氨水、正硅酸乙酯及硅烷偶聯(lián)劑的體積比為10 :1 :(3 6):(3 9);所述娃燒偶聯(lián)劑為3-氨丙基二乙氧基娃燒或Ν_β -(氨乙基)-Y氨丙基二甲氧基娃燒。步驟(2)所述漆酶為漆樹(Rhus vernicifera)、采絨栓菌(Trametesversicolor)、彩絨革蓋菌(Coriolus versicolor)或多毛栓菌(Trametes hispida),漆酶溶液為將漆酶溶于PH7. 5磷酸鈉O. lmol/L緩沖液，配制漆酶濃度為20mg/mL。步驟(2)所述表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和漆酶溶液的質(zhì)量比為5 : (I 3) : (10 30)。步驟(3)所述磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶與功能化離子液體的質(zhì)量比為1:5 I 10o步驟(3)所述功能化離子液體按照以下操作步驟制備得到將摩爾比為6 5的N, N-羰基二咪唑(⑶I)和含有羧基的離子液體混合，在30 50°C下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)后，冷卻至室溫，得到功能化離子液體。所述含有羧基的離子液體為1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑三氟磺酰亞胺鹽、1-羧丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-羧丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。一種由上述方法制備得到的基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒。上述基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒在去除水體中污染物中的應(yīng)用。所述應(yīng)用是在含污染物的水體中，加入基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒，在室溫下反應(yīng)4小時(shí)；所述污染物為染料、氯酚或苯酚。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(I)本發(fā)明制備的采用磁性納米為載體固定化漆酶能夠明顯提高漆酶的穩(wěn)定性及離子液體和漆酶的重復(fù)利用率，有望在除去水體中污染物的領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用；(2)本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便、成本低、處理工藝簡(jiǎn)單、去除效率高。


圖1是本發(fā)明方法制備的磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒的粒徑及形貌采用透射電子顯微鏡表征圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。以下實(shí)施例水體中污染物的濃度采用高效液相色譜法測(cè)定。以下實(shí)施例中所使用的功能化離子液體按照以下操作步驟制備得到將摩爾比為6 5的N，N-羰基二咪唑(⑶I)和含有羧基的離子液體混合，在50°C下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)后，冷卻至室溫，得到功能化離子液體。所述含有羧基的離子液體為1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑三氟磺酰亞胺鹽、1-羧丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-羧丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。實(shí)施例1將1.0ml羰基鐵、2011^辛醚與12. 9g油酸混合，加熱至100°C反應(yīng)3小時(shí)后，冷卻至室溫，加入1. 7g無水氧化三甲胺，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至130°C，反應(yīng)3小時(shí)后，冷卻至室溫，加入IOOmL乙醇，離心分離，沉淀為磁性Y-Fe2O3納米顆粒，將其分散于正己烷，得到濃度為O. 5g/mL的磁性納米Y -Fe2O3溶液；將1. OmL磁性納米Y -Fe2O3溶液、2. OmL聚氧乙烯壬基苯基醚(聚合度520)與20mL正己烷超聲分散10分鐘，O.1mL氨水，O. 4mL正硅酸乙酯，在室溫下，攪拌反應(yīng)36小時(shí)，加入O. 5mL Ν-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷，在室溫下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)，離心分離，固相為表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒；將Ig表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒、O. 4gl-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽與20mL、濃度為20mg/mL的漆樹漆酶溶液，在室溫下攪拌反應(yīng)24小時(shí)；磁性分離，收集固相為磁性納米二氧化硅微粒固定化漆樹漆酶；將1. Og磁性納米二氧化硅微粒固定化漆樹漆酶微粒和5. Og功能化離子液體混合，在室溫下攪拌反應(yīng)24小時(shí)；磁性分離，收集固相為磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒，其粒徑及形貌采用透射電子顯微鏡表征圖。其粒徑及形貌采用透射電子顯微鏡表征圖。圖1結(jié)果表明，磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒為納米結(jié)構(gòu)。在IOOmU濃度為lmg/L、分別含有苯酚、鄰苯二酚或間苯二酚污染物水體中，加入Ig磁性納米固定化漆樹漆酶和離子液體復(fù)合微粒，在室溫下反應(yīng)4小時(shí)。水體中污染物的去除率(％)如表I所示，表I結(jié)果表明，磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒可以有效除去水體中的污染物。表1實(shí)施例1所得復(fù)合微粒對(duì)水體中污染物去除率
權(quán)利要求
1.一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟 (1)制備表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒將辛醚、油酸和羰基鐵混合，力口熱至90 140°C，反應(yīng)I 4小時(shí)，冷卻至室溫，加入無水氧化三甲胺，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，力口熱至120 150°C，反應(yīng)I 3小時(shí)后，冷卻至室溫，加入乙醇，離心分離，所得沉淀為磁性Y -Fe2O3納米顆粒；將磁性Y -Fe2O3納米顆粒分散于正己烷，得到濃度為0. 5g/mL的磁性納米Y-Fe2O3溶液；將磁性納米Y-Fe2O3溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷混合并超聲分散10分鐘，加入氨水和正硅酸乙酯，在室溫下，攪拌反應(yīng)24 48小時(shí)，再加入硅烷偶聯(lián)劑，在室溫下，攪拌反應(yīng)12 48小時(shí)；離心分離，固相為表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒。
(2)表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽加入到漆酶溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)12 48小時(shí)；磁性分離，收集固相為基于磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶。
(3)磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶和功能化離子液體混合，在室溫下，攪拌反應(yīng)12 48小時(shí)；磁性分離，收集固相為磁性納米離子液體復(fù)合微粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(I)所述羰基鐵和辛醚的體積比為1:50 1:20，所述羰基鐵和油酸的摩爾比為1:3 1:6 ;所述羰基鐵和無水氧化三甲胺的摩爾比為1:3 1:5 ;所述羰基鐵和乙醇的體積比為1:100 1:300 ;所述聚氧乙烯壬基苯基醚的聚合度為520 ;所述磁性納米Y-Fe2O3溶液、聚氧乙烯壬基苯基醚和正己烷的體積比為1:(0. 6 3): (12 30);所述納米Y-Fe2O3溶液和氨水、正硅酸乙酯及硅烷偶聯(lián)劑的體積比為10 1:(3 6):(3 9);所述娃燒偶聯(lián)劑為3-氨丙基二乙氧基娃燒或N- 0 -(氨乙基)_Y氨丙基二甲氧基娃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述漆酶為漆樹、采絨栓菌、彩絨革蓋菌或多毛栓菌，漆酶溶液為將漆酶溶于PH7. 5磷酸鈉0. lmol/L緩沖液，配制漆酶濃度為20mg/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述表面氨基功能化的納米磁性二氧化硅微粒、1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和漆酶溶液的質(zhì)量比為5 :(1 3) :(10 30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述磁性納米二氧化硅微粒固定化漆酶與功能化離子液體的質(zhì)量比為1:5 1:10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述功能化離子液體按照以下操作步驟制備得到將摩爾比為6 5的N，N-羰基二咪唑(⑶I)和含有羧基的離子液體混合，在50°C下，攪拌反應(yīng)24小時(shí)后，冷卻至室溫，得到功能化離子液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述含有羧基的離子液體為1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑三氟磺酰亞胺鹽、1-羧丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽或1-羧丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述方法制備得到的基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒在去除水體中污染物中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述應(yīng)用是在含污染物的水體中，加入基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒，在室溫下反應(yīng)4小時(shí)；所述污染物為染料、氯酚或苯酚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒及其制備方法以及在去除水體中污染物中的應(yīng)用。制備方法是先利用羰基鐵為鐵源，化學(xué)沉淀法合成磁性γ-Fe2O3納米顆粒；以該納米磁性粒子為核，正硅酸乙酯和硅烷偶聯(lián)劑為硅源，利用溶膠-凝膠法制得表面氨基功能化的納米核殼式磁性二氧化硅。以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺為偶聯(lián)劑，將漆酶以共價(jià)鍵鍵合在納米核殼式磁性二氧化硅的表面，制得磁性納米二氧化硅微粒的固定化漆酶。再與以N,N-羰基二咪唑和含有羧基的離子液體反應(yīng)合成功能化離子液體反應(yīng)，制備磁性納米固定化漆酶和離子液體復(fù)合微粒，將其應(yīng)用于去除水體中污染物的方法。
文檔編號(hào)C02F3/00GK103007847SQ20121055697
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者安小寧 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)