[發明專利]一種相轉變溶菌酶涂層的耐酸性磁性納米材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310536424.9
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116586041A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 高瑞霞;栗澤紅;宋慧佳;董超超;吳愛茹;曹瑛;陳琳;郭琴梅;吳其駿
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安鼎盛生物化工有限公司
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;C02F3/34;C02F101/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種相轉變溶菌酶涂層的耐酸性磁性納米材料及其制備方法和應用，屬于納米功能材料制備技術領域。本發明的制備方法在三(2?羧乙基)膦鹽的作用下，溶菌酶鏈上的二硫鍵被還原為巰基，同時發生構型轉變，相轉變溶菌酶溫和快速的沉積在四氧化三鐵磁性納米球表面，其優異的耐酸堿性能有效地保護內部四氧化三鐵磁芯不被侵蝕或破壞，最后利用磁分離特性將納米材料與鉻目標污染物一同從廢水中清除利用。本發明制備方法簡單、條件溫和、制得的聚合物粒徑均一、穩定性強、成本低廉、耐酸性好，可快速實現對Cr(Ⅵ)的吸附與還原，有望為未來環境重金屬Cr(VI)污染修復相關研究領域提供新思路與方案。

技術領域

本發明屬于納米功能材料制備技術領域，具體涉及一種相轉變溶菌酶涂層的耐酸性磁性納米材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電鍍、冶金、造紙等行業的大規模發展，大量含鉻廢水和廢棄物排入環境中。據不完全統計，每年向全球環境中釋放約1.29×10⁵t鉻(Cr)。Cr在自然環境中最常以三價鉻Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)兩種形式存在。Cr(Ⅲ)是維持人類和動植物代謝活動的一種必需的微量元素，生物毒性較低。然而，Cr(Ⅵ)毒性是Cr(Ⅲ)的1000多倍，皮膚接觸可能造成遺傳性基因缺陷，吸入(攝入)可能致癌，過量的(超過10ppm)Cr(Ⅵ)對水生生物有致死作用。世界衛生組織(WHO)針對飲用水中Cr(VI))濃度制定了嚴格的標準，最大可接受濃度為50ppb。

目前，對于Cr(VI)的去除方法主要包括吸附法、電化學沉淀法、膜分離、光催化和生物修復等，其中，吸附法因具有成本低、經濟效益好、可重復利用性強、操作簡便和去除效率高等顯著優勢，在重金屬污染治理領域展現出廣闊的應用前景。常用的吸附劑主要包括沸石、粘土礦物、生物炭、樹脂和微生物絮凝劑等，但都存在著回收困難、選擇性和親和力差等局限性，且Cr仍主要以Cr(Ⅵ)的形式存在，并未從根本上解決其毒性問題，被吸附的Cr(Ⅵ)也存在隨著時間的推移而被重新釋放回水體的風險，容易引發二次污染。

近年來，由多功能聚合物和磁性納米粒子組成的復合吸附劑因同時具有良好的磁分離能力和高效的吸附性能而廣受青睞，但磁性納米粒子內核(Fe₃O₄)在酸性條件下不穩定，易被侵蝕破壞，且聚多巴胺(PDA)、聚苯胺(PANi)等聚合物在Fe₃O₄表面形成的包層在強酸條件下也極易脫落或溶解，難以起到抑制Fe₃O₄溶解的效果。而Cr(Ⅵ)的高效去除過程通常是在酸性條件下進行，故保證材料在低pH值下的穩定性具有重要意義。

迄今為止，采用以四氧化三鐵磁性納米球為內核，相轉變溶菌酶為涂層的磁性納米材料用于Cr(Ⅵ)污染廢水的治理尚未見報道。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種相轉變溶菌酶涂層的耐酸性磁性納米材料及其制備方法和應用，以解決現有的Cr(Ⅵ)吸附材料在吸附過程中存在的耐酸性問題和易導致二次污染的問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開的一種相轉變溶菌酶涂層的耐酸性磁性納米材料，包括以下步驟：

步驟一：配置4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液，并向其中溶解溶菌酶；然后將四氧化三鐵磁性納米球超聲分散在溶解有溶菌酶的4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液中得混合體系I，為保證其充分分散均勻，再將混合體系I機械攪拌10～30min；

步驟二：將三(2-羧乙基)膦鹽超聲溶解于4-羥乙基哌嗪乙磺酸緩沖溶液中，并用NaOH溶液調節pH值至中性或弱堿性環境得混合體系II；