阅读说明：本技术 一种HRP/Co3O4@ZIF-8复合催化剂及其制备方法 (HRP/Co3O4@ ZIF-8 composite catalyst and preparation method thereof ) 是由 张国亮 李畅 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种HRP/Co_3O_4@ZIF-8复合催化剂及其制备方法,所述的制备方法为：将四水合乙酸钴溶于乙醇溶剂中,然后加入氨水,置于高压反应釜中,在120～150℃条件下反应3～6h,得到Co_3O_4纳米粒子分散到去离子水中得到Co_3O_4纳米粒子的分散液,然后向Co_3O_4纳米粒子的分散液中加入聚乙烯吡咯烷酮,搅拌6～12h,得到改性的Co_3O_4纳米粒子；将二水合乙酸锌溶于去离子水中,得到浓度为0.1～0.2mol/L的二水合乙酸锌水溶液；将二甲基咪唑溶于去离子水中,得到浓度为0.4～0.8mol/L的二甲基咪唑水溶液；将HRP与改性的Co_3O_4纳米粒子一起加入到二甲基咪唑水溶液中,再加入二水合乙酸锌水溶液,置于0～4℃条件下反应12～h,得到HRP/Co_3O_4@ZIF-8复合催化剂。本发明所述的HRP/Co_3O_4@ZIF-8复合催化剂可应用于邻苯二胺的催化转化。(The invention discloses an HRP/Co3O4@ ZIF-8 composite catalyst and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: dissolving cobalt acetate tetrahydrate in an ethanol solvent, adding ammonia water, placing the mixture in a high-pressure reaction kettle, reacting for 3-6 hours at 120-150 ℃ to obtain Co3O4 nanoparticles, dispersing the Co3O4 nanoparticles in deionized water to obtain a dispersion liquid of Co3O4 nanoparticles, adding polyvinylpyrrolidone into the dispersion liquid of the Co3O4 nanoparticles, and stirring for 6-12 hours to obtain modified Co3O4 nanoparticles; dissolving zinc acetate dihydrate in deionized water to obtain a zinc acetate dihydrate water solution with the concentration of 0.1-0.2 mol/L; dissolving dimethyl imidazole in deionized water to obtain a dimethyl imidazole aqueous solution with the concentration of 0.4-0.8 mol/L; adding HRP and modified Co3O4 nanoparticles into a dimethyl imidazole aqueous solution, adding a zinc acetate dihydrate aqueous solution, and reacting at 0-4 ℃ for 12-h to obtain the HRP/Co3O4@ ZIF-8 composite catalyst. The HRP/Co3O4@ ZIF-8 composite catalyst can be applied to catalytic conversion of O-phenylenediamine.)

一种HRP/[email protected]复合催化剂及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种简单高效、条件温和、成本低廉的HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂及其制备方法，属于生物催化材料技术领域。

(二)背景技术

酶作为高效的生物催化剂，凭借其高化学选择性、区域选择性和立体选择性等优势，被广泛应用于精细化学品生产、生物制药、可再生能源制备和食品加工等诸多领域。然而，酶在工业应用中常常受到操作稳定性低、回收困难以及可重复使用性低等限制，采取酶固定化是解决上述问题的有效手段之一。酶固定化工作发展至今，固定化载体和方法的选择对固定的效果有直接影响，且可能导致酶的物理和化学性质发生相应的变化。原则上固定方法必须保持酶活性不失掉，且不妨碍底物自由进出酶活性位点的扩散。随着材料科学的迅速发展，载体材料的多样性为迎合不同尺寸和性质的酶的固定化工作提供了可能。具有一定比表面积和孔隙空间的传统多孔材料如溶胶-凝胶基质、水凝胶、有机微粒和介孔二氧化硅等，其作为酶固定化的载体已经获得了较多的关注。但是都存在着酶的浸出、变性、质量转移受限等不利影响。

相比之下，新型的金属有机骨架材料(MOFs)由于其结构的开放性和材料化学的多样性，可以通过特定的主/客体相互作用及限域效应，为不同的酶分子创造稳定的微环境，从而在保持酶的高负载率以及低流失率，甚至极端环境下酶活性维持等方面都极为出色。这些现象均表明，MOFs可以为不同酶的固定化提供极具特色的高效载体。但是由于MOFs材料的合成通常利用有机溶剂，且在较高温度下反应，会对酶的活性有影响，因此需要预先合成MOFs材料。将酶简单的附着在MOFs载体上或者将酶与MOFs载体以肽键相连接，虽然可以有效实现酶的固定化，但是这两种方式都导致了复合物表面的酶暴露在环境中而没有保护，容易失去活性。因此，若是能够将酶固定于MOFs材料的孔隙之中，又能够有效防止酶在合成过程中变性，则可以有效避免大分子酶从固定基质中泄漏浸出，且不受环境条件影响，对于酶固定化在工业中的应用很有研究意义。

(三)

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂及其制备方法，通过先制备Co₃O₄纳米粒子并对其进行改性处理以提高分散性，再将其与HRP一同加入到ZIF-8的前驱体溶液中，形成一种HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂。

本发明的技术方案如下：

一种HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂，具体按照如下方法制备得到：

(1)将四水合乙酸钴溶于乙醇溶剂中，超声溶解后，边剧烈搅拌边加入质量分数为25％的氨水，充分搅拌后，置于高压反应釜中，在120～150℃条件下反应3～6h，得到反应液经洗涤干燥得到Co₃O₄纳米粒子；所述乙醇溶剂的体积用量以四水合乙酸钴的质量计为50～60mL/g；所述质量分数为25％氨水的体积用量以四水合乙酸钴的质量计为5～15mL/g；

(2)将步骤(1)中制备得到的Co₃O₄纳米粒子分散到去离子水中得到Co₃O₄纳米粒子的分散液，然后向所述的Co₃O₄纳米粒子的分散液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)超声分散后，搅拌6～12h，得到反应液B经洗涤干燥得到改性的Co₃O₄纳米粒子；所述Co₃O₄纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.4～1.2：1；所述去离子水的体积用量以Co₃O₄纳米粒子的质量计为50～100mL/mg；

(3)将二水合乙酸锌溶于去离子水中，超声混合均匀得到浓度为0.1～0.2mol/L的二水合乙酸锌水溶液；将二甲基咪唑溶于去离子水中，超声混合均匀，得到浓度为0.4～0.8mol/L的二甲基咪唑水溶液；将辣根过氧化物酶(HRP)与步骤(2)中得到的改性的Co₃O₄纳米粒子一起加入到所述的二甲基咪唑水溶液中，再加入所述的二水合乙酸锌水溶液，超声分散均匀后，置于0～4℃条件下反应12～h，得到反应液C经洗涤干燥得到HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂；所述辣根过氧化物酶(HRP)与改性的Co₃O₄纳米粒子的质量比为1：1～5；所述二水合乙酸锌水溶液的体积用量以辣根过氧化物酶(HRP)的质量计为2～10mL/mg；所述二甲基咪唑水溶液的体积用量以辣根过氧化物酶(HRP)的质量计为2～10mL/mg。

进一步，步骤(1)中，所述的反应液A的后处理方法为：将得到的反应液A用去离子水离心洗涤三次后，于60℃真空干燥箱内干燥4h，得到Co₃O₄纳米粒子。

进一步，步骤(2)中，所述的反应液B的后处理方法为：将得到的反应液B用去离子水离心洗涤三次，于60℃真空干燥箱内干燥4h，得到改性的Co₃O₄纳米粒子。

进一步，步骤(3)中，所述的反应液C的后处理方法为：将得到的反应液C用去离子水离心洗涤三次，在室温条件下干燥或通过冷冻干燥(20℃左右)烘干，得到HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂。

本发明所述的HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂可应用于邻苯二胺的催化转化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)在低温下合成，制备方法简单，操作条件温和；

(2)将HRP与Co₃O₄纳米粒子共同包埋于ZIF-8中，提高了催化活性与稳定性；

(3)能够有效减少二次污染，提高其可重复利用性。

(四)附图说明

图1是本发明实施例1中催化剂的邻苯二胺催化实验结果；

图2是本发明实施例2中催化剂的邻苯二胺催化实验结果；

图3是本发明实施例3中催化剂的邻苯二胺催化实验结果。

(五)

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明加以详细描述，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离本发明内容和范围内，变化实施都应包含在本发明的技术范围内。

本发明各实施例的分析评价方法为：

邻苯二胺催化实验步骤：称取1.0mg的HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂加入到1mL50mmol/L的NaCl水溶液中，超声分散均匀，加入1mL甲苯，摇晃分散30s，得到Pickering乳液。取1mL 10mmol/L邻苯二胺底物溶液，加入到已制得的Pickering乳液中，摇晃均匀。加入100μL 5％H₂O₂溶液，立刻以20s,40s,1min,2min,3min,5min,10min,15min,20min,30min的间隔计时取样。每次取样50μL加到2.45ml的甲苯中(相当于稀释50倍)。然后在450nm波长下测量吸光值，求邻苯二胺的转化率。

实施例1：

首先，将0.5g四水合乙酸钴溶于25mL乙醇溶剂中，边剧烈搅拌边加入2.5mL 25％氨水，搅拌10min，置于高压反应釜中，150℃下反应3h。用去离子水离心洗涤三次，60℃下真空干燥4h。再将0.2g上面制得的纳米粒子加入到10mL去离子水中，加入0.4g聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，搅拌12h后用去离子水离心洗涤三次，于60℃真空干燥箱内干燥4h。

将0.439g二水合乙酸锌溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将0.6568g二甲基咪唑溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将1mg HRP与1mg Co₃O₄纳米粒子加入到2mL二甲基咪唑水溶液中，再加入2mL乙酸锌水溶液，超声分散均匀后，置于4℃条件下反应12h。用去离子水离心洗涤三次，在室温条件下干燥，得到HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂。

对HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到97％，重复利用3次时其转化率仍可达到90％。

实施例2：

首先，将0.5g四水合乙酸钴溶于25mL乙醇溶剂中，边剧烈搅拌边加入2.5mL 25％氨水，搅拌10min，置于高压反应釜中，150℃下反应3h。用去离子水离心洗涤三次，60℃下真空干燥4h。再将0.2g上面制得的纳米粒子加入到10mL去离子水中，加入0.4g聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，搅拌12h后用去离子水离心洗涤三次，于60℃真空干燥箱内干燥4h。

将0.6585g二水合乙酸锌溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将0.9852g二甲基咪唑溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将1mg HRP与1mg Co₃O₄纳米粒子加入到2mL二甲基咪唑水溶液中，再加入2mL乙酸锌水溶液，超声分散均匀后，置于4℃条件下反应12h。用去离子水离心洗涤三次，在室温条件下干燥，得到HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂。

对HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到98％，重复利用3次时其转化率仍可达到90％。

实施例3：

首先，将0.5g四水合乙酸钴溶于25mL乙醇溶剂中，边剧烈搅拌边加入2.5mL 25％氨水，搅拌10min，置于高压反应釜中，150℃下反应3h。用去离子水离心洗涤三次，60℃下真空干燥4h。再将0.2g上面制得的纳米粒子加入到10mL去离子水中，加入0.4g聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，搅拌12h后用去离子水离心洗涤三次，于60℃真空干燥箱内干燥4h。

将0.439g二水合乙酸锌溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将0.6568g二甲基咪唑溶于20mL去离子水中，超声混合均匀；将0.5mg HRP与1.5mg Co₃O₄纳米粒子加入到2mL二甲基咪唑水溶液中，再加入2mL乙酸锌水溶液，超声分散均匀后，置于4℃条件下反应12h。用去离子水离心洗涤三次，在室温条件下干燥，得到HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂。

对HRP/Co₃O₄@ZIF-8复合催化剂进行邻苯二胺催化实验测试分析，在30min时邻苯二胺的转化率可达到95％，重复利用3次时其转化率仍可达到90％。