一種磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于新功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]MOF是金屬有機骨架化合物(Metal orgaic Framework)的簡稱。是由無機金屬中心(金屬離子或金屬簇)與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料O MOF是一種有機-無機雜化材料，也稱配位聚合物(coordinat1npolymer)，它既不同于無機多孔材料，也不同于一般的有機配合物。兼有無機材料的剛性和有機材料的柔性特征。使其在現(xiàn)代材料研究方面呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿驼T人的發(fā)展前景。
[0003]目前，已經(jīng)有大量的金屬有機骨架材料被合成，主要是以含羧基有機陰離子配體為主，或與含氮雜環(huán)有機中性配體共同使用。這些金屬有機骨架中多數(shù)都具有高的孔隙率和好的化學(xué)穩(wěn)定性。由于能控制孔的結(jié)構(gòu)并且比表面積大，MOF比其它的多孔材料有更廣泛的應(yīng)用前景，如吸附分離Hs、催化劑、磁性材料和光學(xué)材料等。
[0004]利用MOF的多孔結(jié)構(gòu)可以很有效地固定化酶，但是由于難以回收再利用，只能利用的方式，對酶活造成損失，引入磁性粒子使MOF帶有磁性，可以利用磁鐵進行分離與再利用可以很好地解決這個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點，本發(fā)明的首要目的在于提供一種磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽的制備方法，該方法具有操作簡便，條件溫和等特點。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅土卜
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[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]—種磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽的制備方法，包含如下步驟:
[0010](I)將纖維素溶解于NaOH-Urea水溶液中，在攪拌條件加入納米Fe3O4，加水再生，產(chǎn)物分離并洗滌，得到磁性纖維素；
[0011 ](2)將步驟(I)制得的磁性纖維素與硝酸鋅溶液混合攪拌5?30min，得到混合溶液；
[0012](3)在步驟(2)制得的混合溶液中加入2-甲基咪唑溶液，攪拌反應(yīng)0.5?24h，將所得固體磁性分離，洗滌，干燥，得到磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽；
[0013]步驟(I)中所述的纖維素優(yōu)選為微晶纖維素；
[0014]步驟(I)中所述的納米Fe304的制備方法，包含如下步驟:
[0015]將FeCl3.6H2O和FeCl2.4出0溶解在水中，調(diào)節(jié)溶液pH為9?12;然后將混合溶液在30 °C下反應(yīng)0.5?3h，得到納米Fe3O4 ；制得的納米Fe3O4保存在Tri S-HCI^緩沖溶液中；
[0016]所述的FeCl3.6H20和FeCl2.4H20的物質(zhì)的量比優(yōu)選為2:1;
[0017]所述的Tris-HCL的緩沖溶液pH優(yōu)選為7;
[0018]步驟(I)中所述的NaOH-Urea水溶液優(yōu)選為包含如下按質(zhì)量百分比計的組分:7%NaOH和12% Urea;
[0019]步驟(I)中所述的NaOH-Urea溶液與纖維素的質(zhì)量比為1: (0.01?0.05);
[0020]步驟(I)中所述的溶解的溫度優(yōu)選為-12°C以下；
[0021]步驟(I)中所述的纖維素與納米Fe3O4的質(zhì)量比為1:(0.1?3);
[0022]步驟(2)中所述的硝酸鋅溶液中的硝酸鋅與磁性纖維素的質(zhì)量比為1:(0.5?2);
[0023]步驟(3)中所述的2-甲基咪唑溶液中的2-甲基咪唑與步驟(2)中硝酸鋅溶液中的硝酸鋅的摩爾比優(yōu)選為4:1 ；
[0024]所述步驟(2)、(3)中攪拌速率為100?500印111;
[0025]—種磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽，通過上述制備方法制備得到；
[0026]所述的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽在酶固定化領(lǐng)域中的應(yīng)用；
[0027]所述的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽在酶固定化領(lǐng)域中的應(yīng)用，優(yōu)選包含如下步驟:
[0028]將上述磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽作為載體與酶液混合，在O?25°C的溫度下固定化I?12h，得到固定化酶；
[0029]本發(fā)明的原理:金屬-有機骨架(MOF)材料，是基于有機配體與金屬離子間的金屬-配體絡(luò)合作用，通過自組裝而形成的一類超分子微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料。利用MOF材料的多空結(jié)構(gòu)可以很好地固定化酶，而將固定化酶重復(fù)利用傳統(tǒng)的方法是利用離心的手段進行分離，而此方法不利于固定化酶的重復(fù)利用并且會對酶活造成一定的損失。針對這一問題，本發(fā)明將纖維素在_12°C下溶解在NaOH/Urea溶液中，同時引入納米四氧化三鐵，然后加水再生破壞了溶劑與纖維素之間的氫鍵，當溶劑慢慢與水混合之后，纖維素自身又開始以氫鍵的方式重新形成結(jié)晶體結(jié)構(gòu)，慢慢從混合溶液中析出，在磁場作用下產(chǎn)物可與液相快速分離，進而得到磁性纖維素微球(RCM)；磁性纖維素納米晶為基材，通過合成ZIF-8進行表面改性，獲得磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽;利用磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽作為載體，可將酶通過嵌入方式固定在載體上，從而得到固定化的酶制劑。
[0030]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0031](I)本發(fā)明使MOF帶有磁性，有利于固定化酶的回收與再利用，操作簡單，條件溫和能夠高效地固定化酶。
[0032](2)本發(fā)明所制備的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽材料能夠用作固定化酶的載體，能夠固定化脂肪酶、木瓜蛋白酶、綠豆環(huán)氧化物酶、過氧化物酶等一系列酶。并具有作為蛋白質(zhì)藥物載體的潛質(zhì)。
【附圖說明】
[0033]圖1是實施例1?3制備得到的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽的紅外光譜圖；其中，(a):實施例1; (b):實施例2; (c):實施例3。
[0034]圖2是實施例1?5制備得到的磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽的X-射線衍射圖:其中，(a):實施例1; (b):實施例2; (c):實施例3; (d):實施例4; (e):實施例5。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0036]實施例中葡萄糖氧化酶粗酶粉購自試劑公司；
[0037]實施例1
[0038](I)稱取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸餾水中，向溶液中滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH為10;將混合溶液在30 0C下反應(yīng)Ih，得到納米Fe3O4 ；制得的納米Fe3O4可保存在pH=7的Tr i s-HCl的緩沖溶液中；
[0039](2)稱取1mg微晶纖維素，_12°C條件下溶解在含有質(zhì)量百分比為7%Na0H與12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纖維素的質(zhì)量比是1: 0.02;在磁力攪拌條件下加入5mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纖維素再生，用磁鐵將其分離，并用蒸餾水洗滌三次，得到磁性纖維素納米晶；
[0040](3)取23.799mg六水合硝酸鋅溶解在2mL蒸餾水中，與15mg步驟(I)制得的磁性纖維素納米晶混合攪拌20min，攪拌速度為10rpm，得到混合溶液；
[0041 ] (4)將26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸餾水中，然后加入步驟(3)制得的混合溶液中，攪拌條件(攪拌速度為10rpm)下反應(yīng)30min，將所得產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，冷凍干燥后得到磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽；
[0042](5)將葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，過濾除去不溶性雜質(zhì)，取0.1mL酶液(酶含量Img)與步驟(3)制得的載體磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽混合，25°C攪拌條件下進行固定化12h，然后用蒸餾水洗滌未固定化到載體上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0043]本實施例固定化酶效率為92.4%，酶活回收率為78.6%，制得的固定化葡萄糖氧化酶中葡萄糖氧化酶的負載量為26.5mg酶/g載體。
[0044]實施例2
[0045](I)稱取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸餾水中，向溶液中滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH為10，將混合溶液在30 0C下反應(yīng)Ih，得到納米Fe3O4 ；制得的納米Fe3O4可保存在pH=7的Tris-HCl的緩沖溶液中；
[0046](2)稱取1mg微晶纖維素，_12°C條件下溶解在含有質(zhì)量百分比為7%Na0H與12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纖維素的質(zhì)量比是1: 0.02，在磁力攪拌條件下加入1mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纖維素再生，用磁鐵將其分離，并用蒸餾水洗滌三次，得到磁性纖維素納米晶；
[0047](3)取23.799mg六水合硝酸鋅溶解在2mL蒸餾水中，與20mg步驟(I)制得的磁性纖維素納米晶混合攪拌20min，攪拌速度為300rpm，得到混合溶液；
[0048](4)將26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸餾水中，然后加入步驟(3)制得的混合溶液中，攪拌條件(攪拌速度為300rpm)下反應(yīng)12h;將所得產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，冷凍干燥后得到磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽；
[0049](5)將葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，過濾除去不溶性雜質(zhì)，取0.6mL酶液(酶含量6mg)與步驟(3)制得的載體磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽混合，(TC條件攪拌下進行固定化12h，用蒸餾水洗滌未固定化到載體上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0050]本實施例固定化酶效率為87.3%,酶活回收率為84.2%,制得的固定化葡萄糖氧化酶中葡萄糖氧化酶的負載量為121.7mg酶/g載體。
[0051 ] 實施例3
[0052](I)稱取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸餾水中，向溶液中滴加氨水，調(diào)節(jié)溶液PH為10，將混合溶液在30 0C下反應(yīng)Ih，得到納米Fe3O4 ；制得的納米Fe3O4可保存在pH=7的Tris-HCl的緩沖溶液中；
[0053](2)稱取1mg微晶纖維素，_12°C條件下溶解在含有質(zhì)量百分比為7%Na0H與12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纖維素的質(zhì)量比是1: 0.02，在磁力攪拌條件下加入15mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纖維素再生，用磁鐵將其分離，并用蒸餾水洗滌三次，得到磁性纖維素納米晶，；
[0054](3)取23.799mg六水合硝酸鋅溶解在2mL蒸餾水中，25mg步驟(I)制得的磁性纖維素納米晶混合攪拌20min，攪拌速度為500rpm ；得到混合溶液；
[0055](4)將26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸餾水中，然后加入步驟(3)制得的混合溶液中，攪拌條件(攪拌速度為300rpm)下反應(yīng)24h;將所得產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，冷凍干燥后得到磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽；
[0056](5)將葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，過濾除去不溶性雜質(zhì)，取ImL酶液(酶含量1mg)與步驟(3)制得的載體磁性纖維素-二甲基咪唑鋅鹽混合，25°C攪拌條件下進行固定化3h，用蒸餾水洗滌未固定化到載體上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0057]本實施例固定化酶效率為89.5%,酶活回收率為83.