[发明专利]一种高稳定多级孔Zr-MOF固定化酶反应器及其应用

说明书

本发明一种高稳定多级孔Zr‑MOF固定化酶反应器及其应用，该固定化酶反应器是以孔径为2.5～17nm的多级孔UiO‑66‑NH₂(Zr)为载体，固定氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶，其中以载体计，氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶的固载量为90～150mg/g。本发明固定化酶反应器具有酶固载量高、重复使用率高、在高温条件下稳定等优势，其用于催化降解异丙隆和2,4‑二氯苯酚可以大大简化工业处理步骤、缩短降解时间、提高降解效率，且酶用量小、反应条件温和，表现出非常高效的催化降解环境毒物能力。本发明制备的这两种固定化酶反应器更适合应用于实际降解体系中，在实际应用中效果良好。

技术领域

本发明属于工业废水的生物酶处理技术领域，具体涉及一种高稳定多级孔金属-有机框架(Zr-MOF)固定化酶反应器及其在催化降解有机毒物中的应用。

背景技术

众所周知，酶是一种高效、绿色的生物催化剂，具有特异性好、反应条件温和、较广泛的来源等优点。然而，由于天然酶的稳定性较差、不能与反应物分离，在高温下或者有机溶剂中容易失活以及酶的纯化和分离技术复杂、代价昂贵等缺点制约了其在工业中的广泛应用。目前为止，通过不同的固定方法，已制备出多种活性和稳定性都较高的固定化酶，并且在固体催化剂中起着重要的作用。与传统催化过程相比，固定化酶的使用可以使反应在常温常压下进行，达到节省投资、降低成本的目的。更重要的是，使用固定化酶可以使催化剂与产物得以分离，实现酶的循环重复使用。含有毒有机污染物废水的降解一直是一个热点话题，有毒有机污染物因其毒性强、种类多等性质，不仅有诱发人类癌症的可能，而且给环境保护造成了极大的威胁，而固定化酶一个最大的用途就是处理废水中的有毒物质，防止水体污染。利用固定化过氧化物酶的催化氧化作用来处理酚类、芳香胺类废水的污染是近年来受到重视的新方法，降解的结果有效地降低了有毒有机污染物的含量和毒性，是一种有效的废水处理方法。

固定化酶技术在20世纪60年代发展起来的。迄今为止，固定化酶已经受到许多学者的关注，无论在理论方面还是在应用研究方面均取得了众多令人瞩目的成果。传统的制备固定化酶的方法主要有吸附法、交联法、共价结合法和包埋法4种。由于固定化酶具有较好的稳定性、专一性高、反应条件温和、无污染、操作简便及绿色环保等特性，因而其在有毒有害的有机废水处理、环境监测和清洁生产等环境领域得到了广泛的关注和应用。高浓度有机废水的处理方法分为物理化学法与生物法。由于物理化学法较生物法具有处理难度大、成本高且用到的药剂可能会对环境造成二次污染等缺陷，生物法在高浓度有机废水处理中的应用日益增加。而作为生物法中重要组成部分固定化酶技术以其显著的优势成为废水处理方法研究领域的热点。

MOFs材料独特的结构特性以及性质的多样性使其成为目前催化、光电、生物等领域研究的热点之一。这种材料在合成后无毒，本身带有的功能基团经修饰后，具有良好的吸附性能，可作为一种理想的固定化酶载体。然而目前报道的大多数MOFs材料都是微孔材料(孔径2nm左右)，很难被用于吸附大分子的蛋白质，在生物和环境方面还有一定的局限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高酶活性、高稳定性、重复使用性较好的多级孔Zr-MOF固定化酶反应器，并为该固定化酶反应器提供一种应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该固定化酶反应器是以孔径为2.5～17nm的多级孔UiO-66-NH₂(Zr)为载体，固定氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶。

上述的固定化酶反应器中，以载体计，氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶的固载量为90～150mg/g。

本发明该固定化酶反应器由下述方法制备得到：将孔径为2.5～17nm的多级孔UiO-66-NH₂(Zr)在真空条件下150℃活化12小时后，分散于pH值为3～5的醋酸-醋酸钠缓冲液中，然后加入氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶，常温振荡至酶固定到多级孔UiO-66-NH₂(Zr)上，离心分离、洗涤、干燥，得到高稳定多级孔Zr-MOF固定化酶反应器。