金属有机框架封装漆酶纳米结构的设计合成及其污染物降解.pdfVIP

摘要

漆酶（Laccase）是一种应用前景广阔的生物催化剂，它可以催化包括酚类化合物、

羧酸类化合物、芳香胺及其化合物、金属化合物以及非酚底物在内的物质氧化。与游

离漆酶相比，固定化漆酶的稳定性及可重复使用性使其在实际应用中更具优势。本文

以漆酶和金属有机框架（MOFs）为主要研究对象，通过使用不同的MOFs作为固定化

载体，与漆酶合成不同的酶-MOFs催化剂。研究了漆酶酶学性质的变化，探究了复合

催化剂应用于染料伊文思蓝、有机物双酚A的降解性能。主要研究内容如下：

1、以乙酸锌（Zn(CHCOOH)）、2-甲基咪唑（CHN）为原料，在室温温和条件

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下快速合成了具有完整空腔和规则表面孔隙结构的ZIF-8纳米材料，将其与漆酶复合，

得到Lac@ZIF-8生物复合催化剂。采用SEM、TEM、XRD等手段对复合材料及ZIF-8

的形貌、结构进行表征，研究表明，漆酶成功封装在ZIF-8纳米结构内部。与游离酶的

性质相比，固定化漆酶的活性、热稳定性、pH稳定性、变性试剂抗性均明显增强。将

其应用于染料伊文思蓝的降解，固定化酶显示出良好的降解作用且具备一定的循环利

用能力。对伊文思蓝的降解机理进行初步探究，Raman光谱显示染料的-N=N-双键被破

坏，并以N2的形式释放出来，由此引发染料结构的破坏，实现染料的降解。

2、以氯化锆（ZrCl）、对苯二甲酸（CHO）为原料，合成了具有耐酸性及热稳

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定性的UiO-66纳米材料，将其与漆酶复合，得到Lac@UiO-66生物复合催化剂。采用

SEM、XRD、FTIR、BET等手段对其表观形貌、晶体结构、官能团的结构信息及比表

面积的变化进行表征，证明了Lac@UiO-66生物复合催化剂的成功制备。对其活性进行

测试，结果表明固定后漆酶的活性相较于固定前有所提升，另外其热稳定性、pH稳定

性、变性试剂抗性均得到提升。将催化剂应用于伊文思蓝进行降解后降解率可以达到

96.6%，鉴于UiO-66耐酸、耐热的性能，其应用于污染物降解后的循环利用能力明显

提升。

3、以氯化锆、2-氨基对苯二甲酸（CHNO）为原料，合成了氨基修饰的UiO-66

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纳米材料NH-UiO-66，将其作为载体与漆酶复合，制备Lac@NH-UiO-66生物复合催

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化剂。通过SEM、TEM、XRD对其微观形貌、晶体结构进行表征，CLSM、EDS等表

征证实漆酶成功与载体结合，且由于氨基的存在，NH-UiO-66对漆酶的负载率相较于

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UiO-66提升了约12%。活性测试表明固定后漆酶拥有比游离漆酶更高活性的同时，拥

有更好的热稳定性、pH稳定性及变性试剂稳定性。将该催化剂应用于有机物双酚A

（BPA）的降解，能够实现84.9%的降解率。同时由于NH-UiO-66的官能团的键合作

2

用，复合催化剂应用于双酚A降解的循环利用性能得到提升。

综上所述，本论文设计合成了不同载体的Lac@MOFs生物复合催化剂。对上述催

化剂的形貌、晶体结构等进行了表征，并对固定后漆酶的活性、变性试剂存在下的稳

定性进行测试，证明漆酶固定化策略的成功实现。将Lac@MOFs应用于染料伊文思蓝、

酚类污染物双酚A的降解后，催化剂表现出优秀的降解效率和循环利用性能。本文对

酶固定化的可行载体进行了探究，并为水体中污染物的去除提供了生物降解的潜在方

案。

关键词：酶催化、酶固定、金属有机框架、污染物去除

ABSTRACT

Laccaseisapromisingbiocat