[发明专利]一种HMFO@MOFs复合物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及无机有机纳米催化剂及其应用领域，具体的说是2‑甲基咪唑、锌离子和5‑羟甲基糠醛氧化酶(5‑hydroxymethylfurfural oxidase，HMFO)制备一种新型扇形多层纳米花状结构的复合材料，该复合材料结构不同于ZIF‑8经典的菱形十二面体，而由多片层组合成扇形纳米花结构，更有利于小分子扩散及底物的传递，有利于提高催化效率。本发明采用的技术方案采用水溶液作为溶剂，不含有机溶剂，绿色环保。反应只需在室温下进行，能耗小，简单方便。本发明所述的HMFO@MOFs复合物保留了HMFO的催化活性，可催化HMF生成一系列高附加值产物，具有应用价值。

技术领域

本发明涉及无机有机纳米催化剂及其应用领域，具体涉及一种MOFs固载5-羟甲基糠醛氧化酶的复合材料及其制备方法与催化5-羟甲基糠醛生成一系列高附加值化合物的应用。

技术背景

游离酶具有独特的高选择性、高催化活性以及条件温和、绿色环保的特点，在化工、制药和食品等领域具有广泛应用。然而游离酶的稳定性不佳，回收困难，从而限制了其工业应用。为了解决游离酶存在的问题，固定化酶的技术应运而生并不断发展。目前关于新型材料固定化酶的研究主要集中在较多的模型酶，包括葡糖糖氧化酶、辣根过氧化物酶、脂肪酶等，酶的研究类型及范围相对较窄。由于固定化载体的选择需要综合考量目标酶的分子大小，氨基酸组成，结构特点及理化性质，所以至今没有针对某一类酶通用的固定化方法，仍缺乏更广泛的结构性质及机理的研究。因此，扩大新型材料固定化酶的研究范围，对酶-新型材料复合结构的基础和应用研究具有十分重要的意义。

目前HMF大多由化学催化剂催化果糖或葡萄糖生成，产物中含有许多副产物。2015年，Jin等(Chemical Engineering Science,2015,124:170-178.)通过制备一系列的金属有机骨架材料(Metal-organic Framework，MOFs)实现了在混合溶液中高效的吸附分离5-羟甲基糠醛，比较了ZIF-8，ZIF-90及ZIF-93对HMF的特异性吸附效果，结果表明ZIF-8的吸附量最高。5-羟甲基糠醛氧化酶(HMFO)作为一种葡萄糖-甲醇-胆碱氧化酶，可以有效的催化5-羟甲基糠醛(HMF)生成一系列高附加值化合物。鉴于ZIF-8特异性吸附HMF的特点，通过ZIF-8固定HMFO，理论上能够提高固定后的HMFO对HMF的催化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型扇形多层纳米花状结构的复合物HMFO@MOFs复合结构及其制备方法和应用，具有催化5-羟甲基糠醛生成一系列高附加值化合物的功能。本发明采用ZIF-8的原材料2-甲基咪唑和锌离子首次对HMFO实现了固定化，制备得到一种新型结构的纳米生物催化剂HMFO@MOFs，该结构不同于ZIF-8经典的菱形十二面体，而是呈扇形多层纳米花状。具有较高的酶负载能力，固定化的酶具有较高的稳定性及可重复利用。该复合结构可高效连续氧化催化5-羟甲基糠醛，生成一系列高附加值化合物。本专利拓展了纳米生物催化剂的研究范围，实现了2,5-二甲酰呋喃及5-羟甲基-2-呋喃甲酸的绿色制备过程。

为了实现上述目标，本发明采用的技术方案为：

本发明一方面提供一种HMFO@MOFs复合材料，所述复合材料通过2-甲基咪唑和锌离子及5-羟甲基糠醛氧化酶混合制备得到；所述5-羟甲基糠醛氧化酶为发明专利申请文件CN108118064中公开的。

所述5-羟甲基糠醛氧化酶的基因序列表如SEQ ID NO.1所述的5-羟甲基糠醛氧化酶具体制备过程如下：