羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及水体消毒的技术领域，尤其涉及一种羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料及其制备方法和应用；具体涉及一种羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料及其制备方法，以及该羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料与在去除水体中病原体的应用。
【背景技术】
[0002]消毒是水处理中的一个重要部分，也是提供安全饮用水最重要的一个环节。传统的消毒技术主要有:加氯法、臭氧法、紫外线法等。然而，当水体中存在有机物、溴化物或碘化物时，加氯法、臭氧法等会造成致癌性消毒副产物的产生，进而造成二次污染。因此，目前各种不会产生消毒副产物的消毒技术被广泛研究，其中包括银纳米粒子或自然有机抗菌剂如，抗菌肽、壳聚糖和溶菌酶等。溶菌酶易溶于水对许多的病原细菌和病毒有很大的破坏作用。然而，溶菌酶因两个原因在水体消毒应用中受到限制:第一，水体中细菌或病毒的低浓度造成细菌不容易被溶菌酶捕捉到。第二，溶菌酶在水中易随着水流流失掉而不可重复利用。由于溶菌酶的三维大小为3nmX3nmX4.5nm，一般的载体，由于孔径较小，孔道相互不贯通，溶菌酶只能少量的吸附在载体表面，吸附量不多；同时，溶菌酶吸附在载体表面容易脱落。
【发明内容】
[0003]
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种负载量大、固定酶活性更高、稳定性好，且可重复利用的羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料，还提供了羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料的制备方法，制备工艺简单；还提供了羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料去除病原体中的应用，具有安全，环保，不会产生消毒副产物等优势。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料，所述羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料以羧基化三维有序介孔碳为载体，溶菌酶通过共价交联在羧基化三维有序介孔碳上。
[0005]上述的羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料，优选的，溶菌酶通过交联剂共价交联在羧基化三维有序介孔碳上。进一步优选的，所述交联剂包括N- (3-二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亚胺盐酸盐和N-轻基琥泊酰亚胺。N-(3- 二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的质量比优选为8: 6?5: 3。
[0006]作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种以上所述羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料的制备方法，包括以下步骤: 51、将羧基化三维有序介孔碳与交联剂反应，得到活化的羧基化三维有序介孔碳；
52、将所述活化的羧基化三维有序介孔碳与溶菌酶振荡反应，得到羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料。
[0007]上述的制备方法，优选的，所述羧基化三维有序介孔碳采用以下方法制备得到: 制备三维有序介孔碳；将所述三维有序介孔碳加入到硝酸溶液中，加热反应，得到羧基化三维有序介孔碳。
[0008]上述的制备方法，优选的，所述制备三维有序介孔碳的的具体步骤为:
将草酸溶解于糠醇中，得到混合溶液，将糠醇和草酸的混合溶液滴到有序介孔碳模板中，干燥后置于保护气体中进行热处理，得到热处理产物；将所述热处理产物于100°C?200°C下，用浓度为4 mol/L?8 mol/L的氢氧化钠溶液脱除硅模板，得到三维有序介孔碳。
[0009]上述的制备方法，优选的，所述有介孔硅模板的制备方法包括以下步骤:以正硅酸乙酯为硅源，赖氨酸为催化剂，通过水热反应得到二氧化硅溶胶，再在60?80°C下干燥后、于600°C下煅烧得到有序介孔硅，赖氨酸与正硅酸乙酯的摩尔比为1: 40?1: 80，水热反应温度为50°C?60°C，水热反应时间为48 h?50 h。
[0010]上述的制备方法，优选的，所述三维有序介孔碳的制备过程中，硝酸溶液浓度为2mol/L ?4 mol/L。
[0011]上述的制备方法，优选的，所述三维有序介孔碳的制备过程中，加热反应温度为70°C?90°C，反应时间为2?5 ho
[0012]上述的制备方法，优选的，所述三维有序介孔碳的制备过程中，热处理温度为900°C，热处理时间为4h。
[0013]上述的制备方法，优选的，所述SI步骤具体包括以下步骤:
Sl-1、将N-(3- 二甲氨基丙基)-N’ -乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺溶解于MES缓冲液中，得到交联剂溶液；
51-2、将羧基化三维有序介孔碳加入到所述交联剂溶剂中反应，得到活化的羧基化三维有序介孔碳。
[0014]上述的制备方法，优选的，MES缓冲液的浓度为0.05 mol/L?0.1 mol/L，进一步优选为0.1 mol/L。MES缓冲溶液的pH优选为5.0?6.0，进一步优选为5.5。
[0015]上述的制备方法，优选的，所述羧基化三维有序介孔碳与N-(3_ 二甲氨基丙基)-N’-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的质量比为1: 8: 6?1: 5: 3。
[0016]上述的制备方法，优选的，所述羧基化三维有序介孔碳与交联剂反应的条件为:温度为20°(:?30°(:，时间为0.5 h?I h。
[0017]上述的制备方法，优选的，所述S2步骤具体包括以下步骤:
52-1:将溶菌酶溶解于磷酸盐缓冲溶液中，得到溶菌酶溶液；
S2-2:将活化的羧基化三维有序介孔碳加入到溶菌酶溶液中，振荡反应，得到羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料。
[0018]上述的制备方法，优选的，磷酸盐缓冲溶液的pH为5?11，进一步的优选为10。
[0019]上述的制备方法，优选的，所述活化的羧基化三维有序介孔碳与溶菌酶的质量比为1:1?1: 4。进一步优选的，所述活化羧基化三维有序介孔碳与溶菌酶的质量比为I: 2。
[0020]上述的制备方法，优选的，活化羧基化三维有序介孔碳与溶菌酶振荡反应的温度为5°C?55°C，反应时间为3 h?24 h，振荡频率为150 rpm?300 rpm。
[0021]作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种权利要求所述的羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料或所述制备方法制备得到的羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料在去除水体中病原体的应用。
[0022]上述的应用，优选的，所述应用方法为:将所述羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料加入到含病原体的溶液中进行振荡吸附。
[0023]上述的应用，优选的，所述病原体包括革兰氏阳性菌和/或革兰氏阴性菌，革兰氏阳性菌优选为金黄色葡萄球菌；革兰氏阴性菌优选为大肠杆菌。
[0024]上述的应用，优选的，所述含病原体的溶液中病原体的浓度为I X 14 CFU/mL?16CFU/mLο
[0025]上述的应用，优选的，pH为5?7。
[0026]上述的应用，优选的，所述羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料的添加量为
0.2 ?1.0 mg/mL。
[0027]上述的应用，优选的，所述振荡吸附的时间为I h?3 h。
[0028]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明的羧基化三维有序介孔碳-溶菌酶复合材料，以羧基化三维有序介孔碳为载体，三维有序介孔碳具有孔径均一、孔道排列整齐有序和孔之间有小窗口连通的独特结构，这样更有利于酶分子在孔道中的传递，使其更易到达酶活性点。而二维有序介孔碳孔道排列整齐，但各个孔道之间是相互不贯通的，并不利于溶菌酶活性的发挥。
[0029](2)本发明提供了一种羧基化三