本發(fā)明屬于化工催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沸石負(fù)載型仿酶催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

沸石分子篩是一類具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)結(jié)晶態(tài)的硅鋁酸鹽，可以作高效干燥劑、選擇性吸附劑、催化劑、離子交換劑等，一般可以分為天然沸石和合成沸石兩種。其中，一般常見的沸石分子篩有zsm-5型沸石、beta沸石、絲光沸石、鎂堿沸石、y型沸石等等，不同的沸石具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此具有不同的應(yīng)用。

y型分子篩是一種工業(yè)應(yīng)用非常廣泛的沸石分子篩。由于其具有規(guī)則的三維孔道排列，較高的比表面積和強(qiáng)的酸性，已廣泛用于催化裂化、加氫裂解、烷基化、氣體的吸附分離等石油石化工業(yè)，其中催化裂化過程中使用率達(dá)70%以上。本發(fā)明以y型沸石為例，以其作為載體來合成負(fù)載型的仿酶催化劑。一般仿酶催化劑的活性組分有一些過渡金屬氧化物，如v2o5、fe3o4、cuo、tio2（huizhao,yumingdong,pingpingjiang,guangliwang,jingjingzhang.acsappl.mater.interfaces.,2015,7,6451?6461）等；還包括貴金屬，如au、pt等都可作為活性組分。一般而言，仿酶催化具有多種結(jié)構(gòu)，如介孔結(jié)構(gòu)、石墨烯層狀結(jié)構(gòu)（youhuilin,liwu,yanyanhuang,jinsongren,xiaogangqu.chem.sci.,2015,6,1272?1276）、核殼（core-shell）結(jié)構(gòu)、空心管狀結(jié)構(gòu)、janus球形結(jié)構(gòu)（changlu,xiangjiangliu,yunfengli,fangyu,longhuatang,yanjiehu,yibinying.acsappl.mater.interfaces.,2015,7,15395?15402）等，具有不同的優(yōu)勢和催化性能。

近年來作為鑭系稀土元素的鈰受到廣泛關(guān)注。一般而言，氧化鈰通常為螢石立方形結(jié)構(gòu)。它可以看作是由大量氧離子形成四方晶格。而每隔一個(gè)立方體，都由一個(gè)陽離子占據(jù)下一個(gè)立方體的中心。一些陰離子可能會(huì)從四面體的位置自行轉(zhuǎn)移到八面體上的位置上來，在四面體上留下空缺，這就形成了弗蘭克爾型缺陷。弗蘭克爾型缺陷使氧化鈰晶體中存在大量游離的氧，成為重要的貯氧供氧材料。而由于納米級材料的特殊結(jié)構(gòu)，使得晶體缺陷增加，提高了氧的空位數(shù)，氧的流動(dòng)性更大。所以納米級氧化鈰的貯氧能力要大大高于普通氧化鈰。與此同時(shí)，由于氧化鈰晶格氧的移動(dòng)性、鈰離子的可變價(jià)性、還有ce⁴⁺的相對穩(wěn)定性，所以氧化鈰在光催化、細(xì)胞色素促進(jìn)劑、燃料電池等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用。故本發(fā)明的活性組分以ceo2為例，將納米氧化鈰高度負(fù)載于y型沸石上，并用于仿酶催化應(yīng)用研究。

一般來說，對于制備ceo2/y催化劑的方法主要包括以下兩種，其一，可以使用火焰原子噴霧法或者膠體溶液燃燒法來合成納米氧化鈰顆粒，然后再負(fù)載于y型沸石上；其二，可以選擇使用浸漬焙燒的方法來合成ceo2/y。本發(fā)明使用硝酸鈰作為鈰源，y型沸石作為載體，采用浸漬焙燒的方法來合成ceo2/y。將該材料作為仿酶催化劑，用來檢測葡萄糖、尿酸、膽固醇等物質(zhì)。這些成分與人體健康息息相關(guān)，而血清中的葡萄糖濃度測定和糖尿病的檢測相關(guān)，因此本發(fā)明以測試葡萄糖檢出限為例，用制備的負(fù)載型仿酶催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

對于一般葡萄糖的檢測，可以使用電化學(xué)法，液相色譜法，分光光度法等。相比于其它方法，分光光度法（比色法）檢測迅速，成本低，而且還可以裸眼觀察，經(jīng)常被用于類似成分的檢測。葡萄糖在酶的作用下會(huì)分解為葡萄糖酸和雙氧水（h2o2），可以通過檢測雙氧水作為測定葡萄糖濃度的指標(biāo)。針對雙氧水的檢測，可以采用以下幾種顯色劑，如tmb（3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺）、opd（鄰苯二胺）、abts（2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽），其中opd毒性較強(qiáng)，abts雖然毒性小，但成本略高，顯色效果差于tmb，因此我們選擇無毒害作用的tmb作為顯色劑，在h2o2和tmb反應(yīng)后，生成氧化tmb（ox-tmb），顏色可由白色變成藍(lán)色。但由于h2o2和tmb反應(yīng)很慢，需要辣根過氧化物酶hrp來催化才會(huì)有明顯的反應(yīng)，但由于天然酶的使用條件受限，而且成本高，穩(wěn)定性差，所以本發(fā)明通過使用制備的沸石基負(fù)載型仿酶催化劑來催化該反應(yīng)，從而達(dá)到快速檢測雙氧水和葡萄糖濃度的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于沸石基負(fù)載型仿酶催化劑及其制備方法，并將其用于葡萄糖類物質(zhì)的檢測。

本發(fā)明提出的沸石基負(fù)載型仿酶催化劑的制備方法，采用浸漬焙燒法，具體步驟為：

（1）先加入活性組分的鹽類（1-5g）和5-20ml的水，攪拌10-30min；

（2）將沸石（根據(jù)活性組分負(fù)載量的不同，沸石的量一般為活性組分量的3-20倍）加入上述溶液中，室溫?cái)嚢?-6h，得到均勻的懸浮液；

（3）將上述懸浮液用紅外燈完全烘干或者用烘箱干燥；

（4）最后將干燥的樣品于500℃-900℃空氣中煅燒2-4小時(shí)，即得到沸石基負(fù)載型仿酶催化劑。

本發(fā)明中，所述的活性組分可選自金屬氧化物v2o5、fe3o4、cuo、tio2或ceo2等，優(yōu)選ceo2。

本發(fā)明中，所述的沸石可以為zsm-5沸石、絲光沸石、beta沸石、鎂堿沸石或y型沸石等。

本發(fā)明中，體系中活性組分和沸石基底的質(zhì)量配比為1%~30%。

本發(fā)明中，步驟（4）中煅燒溫度優(yōu)選500℃-600℃，煅燒時(shí)間2-4h，尤其活性組分優(yōu)選ceo2時(shí)。

本發(fā)明制備的沸石基負(fù)載型仿酶催化劑具有高催化活性，可用于裸眼、快速檢測葡萄糖，并且具有良好的水溶液分散性，是一種便捷、環(huán)境友好型的催化劑。

本發(fā)明制備的沸石基負(fù)載型仿酶催化劑的特征用如下方法進(jìn)行表征：

粉末x射線衍射(xrd)。此x射線衍射圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較，證明ceo2均勻負(fù)載于y型沸石上。

透射電子顯微鏡（tem）。可以非常直觀的判斷出其規(guī)則的晶型形貌和ceo2在y型沸石上的分散性。

低溫氮吸附。測定其比表面積和等溫吸附曲線，孔徑分布，判斷其孔結(jié)構(gòu)。

沸石基仿酶催化劑性能測試：

紫外分光光度計(jì)（uv-vis)。對ceo2/y在催化過程中掃描吸光度-波長曲線，可以得到對應(yīng)吸收峰的吸光度。用來對比催化劑的催化性能以及用來計(jì)算葡萄糖的檢出限。

本發(fā)明提出的沸石基負(fù)載型仿酶催化劑可用于檢測葡萄糖，具體是用分光光度法進(jìn)行催化劑的仿酶測試，主要考察顯色劑和雙氧水的比色反應(yīng)，然后針對h2o2和葡萄糖的檢出限lod進(jìn)行測試。具體步驟如下：

（1）將仿酶催化劑用乙酸鹽緩沖液（ph=3-4）配制成0-2mg?ml^-1的懸浮液，超聲分散，取100-300μl的懸浮液于離心管中進(jìn)行測試；

（2）加入2-3ml乙酸鹽緩沖液以達(dá)到比色皿2/3以上的量；

（3）加入0-30%的雙氧水和0-100mm（優(yōu)選1-100mm）的顯色劑（如顯色劑tmb用dmso配成81.6mm的溶液），然后反應(yīng)5-10min之后用紫外分光光度計(jì)測試a-λ曲線，記錄652nm處ox-顯色劑吸收峰的吸光度；

（4）對于h2o2檢出限的測試，在步驟（1）、（2）培制的含有仿酶催化劑和乙酸鹽緩沖液的溶液中，加入0-100mm（優(yōu)選1-100mm）的顯色劑，固定h2o2的濃度在0-100mm范圍內(nèi)，從零點(diǎn)開始，逐漸增加雙氧水濃度，進(jìn)行a-λ測試，記錄每組數(shù)據(jù)652nm處的吸光度a，然后擬合對應(yīng)雙氧水濃度下的a-c（h2o2）工作曲線，接著根據(jù)工作曲線的斜率得到計(jì)算檢出限所需要的靈敏度k，然后測試20組空白實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)的相對偏差σ，由檢出限公式lod=3σ/k計(jì)算出對應(yīng)雙氧水的檢出限。

對于葡萄糖檢出限的測試，首先將1-2g葡萄糖用10-100mlpbs緩沖液不斷稀釋，配制成濃度為0-100mm的溶液。然后加入1-2mg的gox（葡萄糖氧化酶），在37℃水浴培養(yǎng)一段時(shí)間，待葡萄糖完全分解之后，加入100-300μl仿酶催化劑、2-3ml乙酸鹽緩沖液，再加入濃度為0-100mm（優(yōu)選1-100mm）的顯色劑，在37℃水浴培養(yǎng)1-2h。然后測試濃度范圍0-100mm的葡萄糖溶液的a-λ曲線，記錄每組數(shù)據(jù)652nm處的吸光度a，擬合對應(yīng)葡萄糖濃度下的a-c（葡萄糖）工作曲線；根據(jù)工作曲線的斜率得到計(jì)算檢出限所需要的靈敏度k，然后測試10-20組空白實(shí)驗(yàn)所對應(yīng)的相對偏差σ，由檢出限公式lod=3σ/k，計(jì)算出對應(yīng)葡萄糖的檢出限。

本發(fā)明中，所述的顯色劑可以為tmb（3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺）、opd（鄰苯二胺）或abts（2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽）等。

本發(fā)明制備的“活性組分/沸石”仿酶催化劑，活性組分可以很好地分散于沸石表面，而且該材料比表面積大、表面的活性組分顆粒（如氧化鈰）大小均一，同時(shí)還具有很高的催化活性，能夠達(dá)到快速檢測葡萄糖和裸眼識別的效果。仿酶催化劑的合成和檢測過程中都未涉及毒性材料，是一種方便快捷、環(huán)境友好的分析檢測方法。

附圖說明

圖1為ceo2在y型沸石上負(fù)載量為20%的xrd圖譜。

圖2為y型沸石與ceo2/y的等溫吸附曲線圖。其中，a為y型沸石的吸附等溫曲線，b為ceo2/y的吸附等溫曲線。如圖所示，其中，y型沸石比表面積約為747m²/g，負(fù)載20%的氧化鈰之后的y型沸石，比表面積為512m²/g，比表面積明顯減小。

圖3為不同倍數(shù)下的ceo2/y的tem圖。從圖中可以看出ceo2顆粒在y型沸石上有著良好的分散性。

圖4為uv-vis測試下ceo2/y的催化性能圖。其中，a為測試條件為tmb+ceo2/y+h2o2的吸光度-波長曲線，b為測試條件為tmb+ceo2/y的吸光度-波長曲線，c為測試條件為tmb+h2o2的吸光度-波長曲線，d為測試條件為tmb的吸光度-波長曲線。從不同的測試條件下的吸光度-波長曲線對比可以看出只有在tmb+ceo2/y+h2o2條件下才具有652nm處ox-tmb的強(qiáng)的吸收峰，說明ceo2/y還是具有很好的仿酶催化活性的。

圖5為uv-vis測試時(shí)，h2o2濃度從0-62μm的吸光度-波長曲線，通過不同濃度下的h2o2測試，得到不同的652nm處的吸光度，繪制吸光度-雙氧水濃度工作曲線，可得到h2o2的檢出限為95.04nm。

圖6為uv-vis測試時(shí)，葡萄糖濃度從0-338μm的吸光度-波長曲線，通過不同濃度下的葡萄糖測試，得到不同的652nm處的吸光度，繪制吸光度-葡萄糖濃度工作曲線，可得到葡萄糖的檢出限為0.132μm。

具體實(shí)施方式

以在y型沸石上負(fù)載20%的氧化鈰為例，合成過程如下：

（1）稱取0.504g六水合硝酸鈰，室溫下攪拌溶于10g水溶液中；

（2）向上述溶液中加入2gy（cbv-600）型沸石,然后在室溫下攪拌5h；

（3）將攪拌后的懸浮液用紅外燈完全干燥，研磨成粉末；

（4）置于馬弗爐600℃焙燒3h。

仿酶催化劑用于葡萄糖檢出限測試，具體操作如下：

（1）將催化劑用乙酸鹽緩沖液（ph=3.7）配制成1mg/ml的溶液；

（2）將葡萄糖用pbs緩沖液（ph=7）配成溶液，測試的濃度范圍為0-340μm；

（3）將測試葡萄糖濃度的工作范圍按梯度分成9組，從零點(diǎn)開始進(jìn)行測試；

（4）首先將9組葡萄糖溶液加入7ml離心管，每組加入2mggox，在37℃水浴培養(yǎng)1h；

（5）然后每組分別加入200μl仿酶催化劑，和對應(yīng)量的乙酸鹽緩沖液（保持每組容積一致），最后加入81.6mm的tmb，在水浴37℃培養(yǎng)30min，測試uv-vis曲線；

（6）最后根據(jù)對應(yīng)不同的葡萄糖濃度和652nm處的吸光度繪制工作曲線，計(jì)算葡萄糖檢出限lod。

配比及實(shí)施結(jié)果：

在y型沸石上負(fù)載20%的氧化鈰的仿酶催化劑，測試出h2o2的檢出限為95.04nm，葡萄糖的檢出限為0.132μm。

以y型沸石上不同負(fù)載量的氧化鈰為例，進(jìn)行催化活性測試，具體步驟如下：

（1）將負(fù)載量為5%、10%、15%、20%、25%、30%的催化劑用乙酸鹽緩沖液（ph=3.7）分別配制成1mg/ml的溶液。在7ml離心管內(nèi)每組加入200μl催化劑懸浮液；

（2）每組加入3ml的乙酸鹽緩沖液（ph=3.7）；

（3）每組加入30%的h2o220μl，然后再加入30μltmb溶液（81.6mm）；

（4）在室溫25℃下反應(yīng)5min之后，uv-vis測試每組的吸光度-波長曲線。

y型沸石上不同負(fù)載量的氧化鈰測試結(jié)果如下表：

活性組分為氧化鈰，負(fù)載量為20%時(shí)，不同沸石基載體的催化活性測試結(jié)果如下：

活性組分為四氧化三鐵，負(fù)載量為20%時(shí)，不同沸石基載體的催化活性測試結(jié)果如下：

活性組分為氧化鈰，負(fù)載量為20%時(shí)，不同介孔金屬氧化物載體的催化活性測試結(jié)果如下：

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