一种磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001 ]本发明属于新功能材料技术领域，具体涉及一种磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]MOF是金属有机骨架化合物(Metal orgaic Framework)的简称。是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料O MOF是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物(coordinat1npolymer)，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。使其在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。
[0003]目前，已经有大量的金属有机骨架材料被合成，主要是以含羧基有机阴离子配体为主，或与含氮杂环有机中性配体共同使用。这些金属有机骨架中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，MOF比其它的多孔材料有更广泛的应用前景，如吸附分离Hs、催化剂、磁性材料和光学材料等。
[0004]利用MOF的多孔结构可以很有效地固定化酶，但是由于难以回收再利用，只能利用的方式，对酶活造成损失，引入磁性粒子使MOF带有磁性，可以利用磁铁进行分离与再利用可以很好地解决这个问题。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐的制备方法，该方法具有操作简便，条件温和等特点。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的磁性纤维素-二甲基咪唑锌土卜
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[0007]本发明的再一目的在于提供上述磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐的应用。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0009]—种磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐的制备方法，包含如下步骤:
[0010](I)将纤维素溶解于NaOH-Urea水溶液中，在搅拌条件加入纳米Fe3O4，加水再生，产物分离并洗涤，得到磁性纤维素；
[0011 ](2)将步骤(I)制得的磁性纤维素与硝酸锌溶液混合搅拌5?30min，得到混合溶液；
[0012](3)在步骤(2)制得的混合溶液中加入2-甲基咪唑溶液，搅拌反应0.5?24h，将所得固体磁性分离，洗涤，干燥，得到磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐；
[0013]步骤(I)中所述的纤维素优选为微晶纤维素；
[0014]步骤(I)中所述的纳米Fe304的制备方法，包含如下步骤:
[0015]将FeCl3.6H2O和FeCl2.4出0溶解在水中，调节溶液pH为9?12;然后将混合溶液在30 °C下反应0.5?3h，得到纳米Fe3O4 ；制得的纳米Fe3O4保存在Tri S-HCI^缓冲溶液中；
[0016]所述的FeCl3.6H20和FeCl2.4H20的物质的量比优选为2:1;
[0017]所述的Tris-HCL的缓冲溶液pH优选为7;
[0018]步骤(I)中所述的NaOH-Urea水溶液优选为包含如下按质量百分比计的组分:7%NaOH和12% Urea;
[0019]步骤(I)中所述的NaOH-Urea溶液与纤维素的质量比为1: (0.01?0.05);
[0020]步骤(I)中所述的溶解的温度优选为-12°C以下；
[0021]步骤(I)中所述的纤维素与纳米Fe3O4的质量比为1:(0.1?3);
[0022]步骤(2)中所述的硝酸锌溶液中的硝酸锌与磁性纤维素的质量比为1:(0.5?2);
[0023]步骤(3)中所述的2-甲基咪唑溶液中的2-甲基咪唑与步骤(2)中硝酸锌溶液中的硝酸锌的摩尔比优选为4:1 ；
[0024]所述步骤(2)、(3)中搅拌速率为100?500印111;
[0025]—种磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐，通过上述制备方法制备得到；
[0026]所述的磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐在酶固定化领域中的应用；
[0027]所述的磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐在酶固定化领域中的应用，优选包含如下步骤:
[0028]将上述磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐作为载体与酶液混合，在O?25°C的温度下固定化I?12h，得到固定化酶；
[0029]本发明的原理:金属-有机骨架(MOF)材料，是基于有机配体与金属离子间的金属-配体络合作用，通过自组装而形成的一类超分子微孔网络结构材料。利用MOF材料的多空结构可以很好地固定化酶，而将固定化酶重复利用传统的方法是利用离心的手段进行分离，而此方法不利于固定化酶的重复利用并且会对酶活造成一定的损失。针对这一问题，本发明将纤维素在_12°C下溶解在NaOH/Urea溶液中，同时引入纳米四氧化三铁，然后加水再生破坏了溶剂与纤维素之间的氢键，当溶剂慢慢与水混合之后，纤维素自身又开始以氢键的方式重新形成结晶体结构，慢慢从混合溶液中析出，在磁场作用下产物可与液相快速分离，进而得到磁性纤维素微球(RCM)；磁性纤维素纳米晶为基材，通过合成ZIF-8进行表面改性，获得磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐;利用磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐作为载体，可将酶通过嵌入方式固定在载体上，从而得到固定化的酶制剂。
[0030]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0031](I)本发明使MOF带有磁性，有利于固定化酶的回收与再利用，操作简单，条件温和能够高效地固定化酶。
[0032](2)本发明所制备的磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐材料能够用作固定化酶的载体，能够固定化脂肪酶、木瓜蛋白酶、绿豆环氧化物酶、过氧化物酶等一系列酶。并具有作为蛋白质药物载体的潜质。
【附图说明】
[0033]图1是实施例1?3制备得到的磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐的红外光谱图；其中，(a):实施例1; (b):实施例2; (c):实施例3。
[0034]图2是实施例1?5制备得到的磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐的X-射线衍射图:其中，(a):实施例1; (b):实施例2; (c):实施例3; (d):实施例4; (e):实施例5。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0036]实施例中葡萄糖氧化酶粗酶粉购自试剂公司；
[0037]实施例1
[0038](I)称取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸馏水中，向溶液中滴加氨水，调节溶液PH为10;将混合溶液在30 0C下反应Ih，得到纳米Fe3O4 ；制得的纳米Fe3O4可保存在pH=7的Tr i s-HCl的缓冲溶液中；
[0039](2)称取1mg微晶纤维素，_12°C条件下溶解在含有质量百分比为7%Na0H与12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纤维素的质量比是1: 0.02;在磁力搅拌条件下加入5mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纤维素再生，用磁铁将其分离，并用蒸馏水洗涤三次，得到磁性纤维素纳米晶；
[0040](3)取23.799mg六水合硝酸锌溶解在2mL蒸馏水中，与15mg步骤(I)制得的磁性纤维素纳米晶混合搅拌20min，搅拌速度为10rpm，得到混合溶液；
[0041 ] (4)将26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸馏水中，然后加入步骤(3)制得的混合溶液中，搅拌条件(搅拌速度为10rpm)下反应30min，将所得产物用蒸馏水洗涤，冷冻干燥后得到磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐；
[0042](5)将葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，过滤除去不溶性杂质，取0.1mL酶液(酶含量Img)与步骤(3)制得的载体磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐混合，25°C搅拌条件下进行固定化12h，然后用蒸馏水洗涤未固定化到载体上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0043]本实施例固定化酶效率为92.4%，酶活回收率为78.6%，制得的固定化葡萄糖氧化酶中葡萄糖氧化酶的负载量为26.5mg酶/g载体。
[0044]实施例2
[0045](I)称取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸馏水中，向溶液中滴加氨水，调节溶液PH为10，将混合溶液在30 0C下反应Ih，得到纳米Fe3O4 ；制得的纳米Fe3O4可保存在pH=7的Tris-HCl的缓冲溶液中；
[0046](2)称取1mg微晶纤维素，_12°C条件下溶解在含有质量百分比为7%Na0H与12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纤维素的质量比是1: 0.02，在磁力搅拌条件下加入1mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纤维素再生，用磁铁将其分离，并用蒸馏水洗涤三次，得到磁性纤维素纳米晶；
[0047](3)取23.799mg六水合硝酸锌溶解在2mL蒸馏水中，与20mg步骤(I)制得的磁性纤维素纳米晶混合搅拌20min，搅拌速度为300rpm，得到混合溶液；
[0048](4)将26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸馏水中，然后加入步骤(3)制得的混合溶液中，搅拌条件(搅拌速度为300rpm)下反应12h;将所得产物用蒸馏水洗涤，冷冻干燥后得到磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐；
[0049](5)将葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，过滤除去不溶性杂质，取0.6mL酶液(酶含量6mg)与步骤(3)制得的载体磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐混合，(TC条件搅拌下进行固定化12h，用蒸馏水洗涤未固定化到载体上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0050]本实施例固定化酶效率为87.3%,酶活回收率为84.2%,制得的固定化葡萄糖氧化酶中葡萄糖氧化酶的负载量为121.7mg酶/g载体。
[0051 ] 实施例3
[0052](I)称取2.43g FeCl3.6H2O和0.9g FeCl2.4H20溶解在300mL蒸馏水中，向溶液中滴加氨水，调节溶液PH为10，将混合溶液在30 0C下反应Ih，得到纳米Fe3O4 ；制得的纳米Fe3O4可保存在pH=7的Tris-HCl的缓冲溶液中；
[0053](2)称取1mg微晶纤维素，_12°C条件下溶解在含有质量百分比为7%Na0H与12%Urea的NaOH-Urea水溶液中，其中，NaOH-Urea溶液和纤维素的质量比是1: 0.02，在磁力搅拌条件下加入15mg的Fe3O4,然后向混合溶液中加水使纤维素再生，用磁铁将其分离，并用蒸馏水洗涤三次，得到磁性纤维素纳米晶，；
[0054](3)取23.799mg六水合硝酸锌溶解在2mL蒸馏水中，25mg步骤(I)制得的磁性纤维素纳米晶混合搅拌20min，搅拌速度为500rpm ；得到混合溶液；
[0055](4)将26.272mg的2-甲基咪唑溶解在2mL蒸馏水中，然后加入步骤(3)制得的混合溶液中，搅拌条件(搅拌速度为300rpm)下反应24h;将所得产物用蒸馏水洗涤，冷冻干燥后得到磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐；
[0056](5)将葡萄糖氧化酶粗酶粉溶解在水中，过滤除去不溶性杂质，取ImL酶液(酶含量1mg)与步骤(3)制得的载体磁性纤维素-二甲基咪唑锌盐混合，25°C搅拌条件下进行固定化3h，用蒸馏水洗涤未固定化到载体上的酶，得到固定化葡萄糖氧化酶；
[0057]本实施例固定化酶效率为89.5%,酶活回收率为83.