[發明專利]具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201510613798.1
• 申請日: 2015-09-22
• 公開（公告）號: CN105233869A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 黃艷鳳;劉民;李穎;張紀梅;晏維語
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C02F1/58;C02F1/72
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的制備，特別是一種具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

自然界中的酶作為一種高效的生物催化劑，能夠有效地參與各種反應。由于它具有高效性、高度的專一性以及溫和的反應條件，酶催化反應應用非常廣泛。然而，儲存和使用不方便、提純困難和高昂的成本以及環境條件下催化活性的敏感性、自身的不穩定性及較差的恢復性等原因，制約了酶在一些領域內的應用。因此，人工模擬酶逐漸成為材料研究領域中的一大熱點。而設計合成具有顯著的催化活性、良好的耐用性及底物選擇性的生物模擬酶則成為一個巨大的挑戰，這也是生物及環境領域中亟待解決的難題。

在這眾多模擬酶中，大量的研究聚焦于過氧化物模擬酶的研究。碳納米管、石墨烯、量子點以及貴金屬和金屬氧化物都具有過氧化物酶活性，被作為診斷工具廣泛應用于生物分析，而且上述一些材料在有機環境污染物如有機染料、酚類物質以及藥物分子等氧化降解方面顯示出了優異的性能。

材料科學的迅猛發展為我們獲取具有生物模擬酶活性的材料創造了前所未有的機遇。金屬-有機骨架材料(MOFs)是一種新型有機無機雜化的多孔材料，是由金屬離子或金屬簇作為金屬中心和剛性多面體結構的有機配體組裝而成的配位化合物。MIL-100(Fe)作為一種最為常見的水穩定性的MOFs材料，由于具有高比表面積、多孔性及均勻孔隙度、良好的化學穩定性和熱穩定性等特性，成為設計生物酶模擬體系的理想材料。本發明基于MIL-100(Fe)制備出一種具有高過氧化物酶活性的多孔復合材料，將其應用于環境水中亞甲基藍(MB)的降解，能夠實現快速、高效地降解，這對于環境的修復具有巨大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術分析，提供一種具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的制備方法及其應用，該制備方法采用無酸法水熱合成MIL-100(Fe)，通過煅燒MIL-100(Fe)制得MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料，這種煅燒不但能夠保持其多孔性，而且能夠產生高密度的生物模擬活性中心，促使MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料更高效地催化降解環境水中亞甲基藍染料污染。

本發明的技術方案：

一種具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的制備方法，采用無酸法水熱合成MIL-100(Fe)，通過煅燒MIL-100(Fe)制得MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料，步驟如下：

1)MIL-100(Fe)的制備

將Fe(NO₃)₃·9H₂O和均苯三酸溶于蒸餾水中，超聲溶解，然后轉入裝有聚四氟乙烯內襯的反應釜中，160℃下反應12h，離心分離固體，依次用水、N,N-二甲基甲酰胺和乙醇清洗后于100℃真空下干燥12h，制得MIL-100(Fe)；

2)MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料的制備

將上述制得的MIL-100(Fe)置于馬弗爐中，在空氣中或氬氣保護下以2-10℃/min速率加熱升溫至300-800℃，在該溫度下煅燒30-300min，將所得復合材料冷卻至室溫，制得具有過氧化物酶活性的MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料。

所述Fe(NO₃)₃·9H₂O、均苯三酸與蒸餾水用量比為1mmol：0.67mmol：2.5-20mL。

一種所述具有過氧化物酶活性的多孔復合材料的應用，用于對亞甲基藍進行催化降解，方法如下：

將濃度為50mg/L的亞甲基藍溶液和MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料混和均勻，30-80℃水浴下機械攪拌30min，使其達到吸附平衡以去除吸附所造成的干擾；然后加入濃度為0.1-1.0mol/L的H₂O₂溶液，降解反應開始計時，定時取樣并立即離心分離，稀釋后進行紫外分析測試；所述亞甲基藍溶液、MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料與H₂O₂溶液的用量比為20mL：0.5-4mg：10mL。

本發明的優點是：基于MIL-100(Fe)的多孔復合材料的制備方法簡單、易于實施，通過對MIL-100(Fe)的煅燒不但保持了材料原有的多孔性，而且能夠產生高密度的生物模擬活性中心，使MIL-100(Fe)衍生的多孔復合材料的過氧化物酶活性大大增強，因此在催化劑用量少、較高溫度的條件下依然能夠高效地催化降解有機染料亞甲基藍。