[发明专利]一种过氧化物及角质酶联合处理聚乙烯的方法

说明书

本发明公开了一种过氧化物及角质酶联合处理聚乙烯的方法，属于环境科学、材料学及酶工程领域。本发明提供了间氯过氧苯甲酸和角质酶联合处理聚乙烯的新方法，并通过优化LDPE与^mCPBA的比例，优化酶解反应时间，可使处理后的聚乙烯重均分子量由最初的210000Da降低至3862Da，为聚乙烯的生物降解提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及一种过氧化物及角质酶联合处理聚乙烯的方法，属于环境科学、材料学及酶工程领域。

背景技术

聚乙烯是由碳碳单键做为骨架连接而成的高分子聚合物，是最简单的聚烯烃类高聚物，在日常生活被广泛使用。然而，伴随的后果是聚烯烃垃圾的广泛分布以及其对生态系统和生物健康带来的巨大压力。因此，聚乙烯垃圾的降解一直是困扰全球的问题。相较于物理或化学方法，生物法在降解聚烯烃方面展现出耗能低、环保的优势。

由于碳碳单键较高的键能(330–370kJ mol^-1)，生物酶催化聚乙烯降解需要先进行活化。目前，氧化处理手段主要包括UV、强酸强碱或无机氧化剂的处理，生成的官能团主要为羟基、羰基、碳碳双键等。在上述预处理的基础上，目前已报到了部分氧化还原酶能够降解聚乙烯。如漆酶(Lac)能够降解UV氧化聚乙烯，重均分子量损失约20％；木质素过氧化物酶(Lip)及锰过氧化物酶(Mnp)能够在黑液介质下降解K₂Cr₂O₇氧化的聚乙烯；乳胶清除蛋白(Lcp)催化UV氧化的聚乙烯后重均分子量损失约42.02％。上述预处理方式虽能有效提高生物酶的降解作用，但是目前并未有研究明确这些酶的利用含氧基团降解聚乙烯的机制。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明将一种过氧化物及角质酶联合处理聚乙烯的方法，所述方法先使用间氯过氧苯甲酸(^mCPBA)催化Baeyer-Villiger反应向聚乙烯的主链碳碳单键上添加酯键，再使用Thermobifida fusca来源的角质酶催化水解反应降解所述酯键，从而达到降解聚乙烯的目的。

在一种实施方式中，所述间氯过氧苯甲酸与聚乙烯(LDPE)的质量比为(1～5)：1。

在一种实施方式中，所述Thermobifida fusca来源的角质酶具有SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列。

在一种实施方式中，所述角质酶的催化时间≥1天，5天或7天。

在一种实施方式中，所述方法包括如下步骤：

(1)将LDPE溶解于1,3,5-三氯苯-二氯乙烷混合溶液，80～120℃搅拌溶解10～14h；添加^mCPBA并在80～120℃催化6～10h；加入甲醇沉淀LDPE并过滤，再用甲醇洗涤3-4次去除溶剂，烘至恒重，获得含酯键的氧化聚乙烯；

(2)将步骤(2)制备的含酯键的氧化聚乙烯加入至角质酶酶液中，于55～65℃反应至少1天。

在一种实施方式中，所述1,3,5-三氯苯-二氯乙烷混合溶液是以等体积比将1,3,5-三氯苯和二氯乙烷混合制成。

在一种实施方式中，所述LDPE以1:(10～20)的比例溶解于1,3,5-三氯苯-二氯乙烷混合溶液。

在一种实施方式中，步骤(2)所述的角质酶的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

在一种实施方式中，步骤(2)所述的角质酶是在60℃，150rpm条件反应1～7天。

在一种实施方式中，所述方法的步骤为：