[发明专利]一种磁性光酶复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型磁性光酶复合催化剂，具体地，本发明涉及一种将二氧化钛光催化与漆酶酶催化的电子传递链耦合的磁性光酶复合催化剂及其制备方法。

背景技术

漆酶（苯二醇∶氧化还原酶，EC l.10.3.2）是一种含铜的多酚氧化酶，和植物中的抗坏血酸氧化酶、哺乳动物的血浆铜蓝蛋白同属蓝色多铜氧化酶家族。漆酶能通过4个电子将O₂催化还原成水，并且伴随着一些酚类底物的氧化。漆酶氧化酚类、芳香胺类等物质的催化反应具有反应条件温和、选择性高、催化效率高的优点。漆酶是最具有应用前景的氧化还原酶之一，主要用于有机合成、环境污染物的降解和染料脱色、生物检测和电化学分析、造纸工业中的纸浆漂白和废水处理、纤维原料的降解等。

然而，在漆酶的催化氧化过程中，电子从底物向漆酶的传递是该反应的限速步骤，成为漆酶催化需要解决的核心问题之一（Oxidation of Phenols,Anilines,and Benzenethiols by Fungal Laccases:Correlation between Activity and Redox Potentials as Well as Halide Inhibition,Feng Xu,Biochemistry，1996,35:7608-7614）。此外，由于游离漆酶易失活、无法回收且产品价格较高，造成了其应用成本的上升。利用磁性载体进行酶的固定化，不仅可以大大改善酶的稳定性、催化活性、选择性和抗抑制性，有利于固定化酶从反应体系中分离和回收，适合于大规模连续化操作，并可利用磁场控制固定化酶的运动方式和方向，提高酶的催化效率。

利用半导体光催化剂处理各类污染物废水的研究已有大量的报道，其降解对象涉及酚类、染料、多环芳烃等多种重要有机化合物和部分无机化合物。光催化氧化以N型半导体为催化剂，其中TiO₂活性高、对人体无害，具有稳定的化学性质、紫外屏蔽作用、耐光腐蚀、难溶，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的表面得到实现和加速，加之无毒、成本低，所以被广泛用作光催化氧化反应的催化剂。

磁性二氧化钛纳米粒子及其光催化特性的研究已有文献报道，磁核的掺杂提高了TiO₂对可见光的吸收效率（磁性二氧化钛纳米粒子的制备及其光催化性能,李和平等,分子催化,2008,6(22),555-560）。在酶与TiO₂协同作用处理酚类废水上，Meizler等采用表面包覆TiO₂的玻璃珠进行辣根过氧化物酶的固定化，其目的是通过TiO₂的光催化破坏酶氧化形成的聚合物，减少其对酶的抑制作用（A novel glass support for the immobilization and UV-activation of horseradish peroxidase for treatment of halogenated phenols,Alon Meizler.,etc.,Chemical Engineering Journal,2011,172:792-798）。已有的研究表明，水中O₂与TiO₂表面电子（e^-）的结合成为TiO₂光催化的限速步骤，而采用通入过量的氧或负载惰性金属的方法加快电子传递的作用是有限的（Photocatalytic oxidation of organics in water using pure and silver-modified titanium dioxide particles,Vamathevan V.,etc.,Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry，2002,148:233-245.）。