[发明专利]一种磁性石墨相氮化碳固定化漆酶的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磁性石墨相氮化碳固定化漆酶，先合成磁性石墨相氮化碳，并对其进行4‑乙酰氨基‑2‑氨基苯磺酸的接枝，再进行铜离子鳌合修饰的表面功能化处理，然后与漆酶进行固定化反应，漆酶活性中心与磁性石墨相氮化碳表面功能基团的铜离子直接联接，从容实现氧化过程中电子在漆酶与Fe₃O₄‑g‑C₃N₄间的传递，大大提高了固定化漆酶的催化效率，利用酶催化和光催化的协同作用提高催化氧化速率，实现对氧化还原电位较高底物及大分子底物的氧化，固定化后酶对底物的亲和力增强，该催化剂具有超顺磁性，可以在外加磁场的作用下进行方便有效的控制和分离，制得的固定化漆酶催化性能高，在降解废水中顽固的抗生素方面取得了显著效果。

技术领域

本发明涉及漆酶的固定化领域，具体为一种磁性石墨相氮化碳固定化漆酶的方法及其应用。

背景技术

漆酶(EC 1.10.3.2)，属于一组催化中心含有铜原子的氧化还原酶，近些年来，漆酶绿色、环境友好的特性使其在果汁澄清、酒类生产、废水处理、生物修复、染料脱色和环境污染物的降解等方面扮演着重要的角色，但是天然漆酶的工业应用存在生产成本高、操作条件不稳定、产物与反应介质分离困难、缺乏可重复使用性等局限性，在工业应用中带来了一定的限制作用，从这个意义上来说，固定化漆酶具有一些特殊的工业应用优势。

目前，有关固定化漆酶载体材料的选择主要集中于高分子材料上，这些材料虽然来源广泛，但固定化漆酶的效率低且催化效果欠佳，一定程度上增加了经济成本，对于漆酶的商业化用途而言增加了一定的阻碍，因此，选择合适的载体并允许其在工业规模上应用是非常重要的。漆酶的氧化还原电位在0.5-0.8V，其中变色栓菌漆酶的氧化还原电位为0.8V；以漆酶氧化的酚类物质为例，其氧化还原电位主要集中0.5-0.8V，这解释了底物电子向漆酶自然态中间体成为限速步骤的原因(Kinetic and biochemical properties ofhigh and low redox potential laccases from fungal and plant origin,MarcoFrasconi,etc.,Biochimica et Biophysica Acta,2010,1804:899-908)。目前常对漆酶固定化采用的载体有磁性纳米二氧化硅、磁性四氧化三铁纳米粒子等，但得到的磁性固定化漆酶对底物的亲和力降低，使催化效率慢。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种磁性石墨相氮化碳固定化漆酶复合催化剂，采用磁性石墨相氮化碳作为固定化载体，通过漆酶的固定化形成漆酶与磁性石墨相氮化碳的复合体，漆酶在酚类催化过程中起到电子传递的作用，其直接从g-C₃N₄表面接受电子(e^-)将分子氧还原为水，加速了H⁺与e^-的分离，解决了漆酶从底物接受电子速率慢和光生电子与O₂结合缓慢的问题。

磁性石墨相氮化碳固定化漆酶复合催化剂为固定化在磁性石墨相氮化碳上的漆酶，所述的磁性石墨相氮化碳为经过表面功能化的磁性石墨相氮化碳。

本发明所述石墨相氮化碳纳米片的制备方法采用现有的文献报道的方法(Ultrathin g-C₃N₄ with enriched surface carbon vacancies enables highlyefficient photocatalytic nitrogen fixation.Yi Zhang,J Colloid Interface Sci,2019.553:p.530-539.)制备石墨相氮化碳纳米片，其主要步骤包括：将6g双氰胺(Sinopharm，化学纯，98％)在带盖的半封闭坩埚的管式炉中煅烧。通过程序升温步骤处理样品。平稳加热至350℃保持1.5小时，然后在1.5小时内加热至600℃并保持2小时，然后冷却并研磨成黄色粉末，该黄色粉末为g-C₃N₄。