改性埃洛石納米管固定酶及其降解酚類化合物的研究.pdf

1、酚類化合物普遍存在于眾多化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程排放的廢水中,具有毒性強(qiáng)、難以降解、處理成本高的特點(diǎn)。研究表明,生物酶催化能高效降解酚類污染物且對(duì)環(huán)境無害,但是游離酶穩(wěn)定性差,難以重復(fù)利用的缺點(diǎn)限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。如果將酶固定在天然礦物載體上可以有效的解決這一問題,從而達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)地處理酚類廢水目的。
　　 埃洛石是一種天然納米級(jí)管狀粘土礦物,儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉,生物相容性高于碳納米管以及其他合成納米管,因而在催化、生物、功能材料

2、等領(lǐng)域引起越來越多的關(guān)注。我們前期的研究表明HNTs可以作為酶固定載體,但是HNTs作為酶固定化載體存在結(jié)合力弱、生物親和性等不足的問題。因此,本文以HNTs為原料,通過硅烷偶聯(lián)劑、殼聚糖兩種不同方法對(duì)其表面改性以及通過自組裝合成埃洛石多孔凝膠微球,來提高其對(duì)酶的固定性能;并選擇兩種典型的過氧化物酶(辣根過氧化物酶和漆酶)進(jìn)行固定,系統(tǒng)的研究了固定化酶的性能,并考察了其催化降解酚類廢水效果,拓展了HNTs在酶固定化及廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、研究內(nèi)容如下:
　　 (1)硅烷偶聯(lián)劑改性埃洛石納米管為載體固定辣根過氧化物酶及其處理苯酚廢水研究
　　 利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)HNTs進(jìn)行表面改性,制備改性納米管(HNTS-APTES),采用比表面孔徑分析、透射電鏡和紅外分析等技術(shù)對(duì)HNTs-APTES進(jìn)行表征;以HNTs-APTES為載體通過共價(jià)結(jié)合法固定辣根過氧化物酶(HRP),考察了固定化HRP的穩(wěn)定性及降解苯酚效果。結(jié)果表明:APTES已接

4、枝到HNTs表面,利用改性HNTs表面的氨基通過共價(jià)結(jié)合法固定HRP,最大酶固定量可達(dá)10.4 mg/g;HNTs-APTES固定化HRP相比于游離HRP在較寬pH范圍(6-9)保持較高的催化活性,且在45℃和55℃下經(jīng)過100 min熱處理,固定化HRP活性保持率約為游離HRP的兩倍,儲(chǔ)藏一個(gè)月后,固定化HRP的活性保持率為61％,約為游離HRP的兩倍;在固定化HRP催化下,短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到較高苯酚去除率。因此,HNTs-AKPTES

5、適于作為酶固定載體并應(yīng)用在苯酚廢水處理過程中。
　　 (2)埃洛石-殼聚糖復(fù)合納米管固定辣根過氧化物酶及其處理苯酚廢水研究
　　 利用殼聚糖(CTS)對(duì)HNTs進(jìn)行表面改性,制備復(fù)合納米管(HNTs-CTS),采用比表面孔徑分析、掃描電鏡和紅外分析等技術(shù)對(duì)HNTS-CTS進(jìn)行表征;以HNTs-CTS為載體通過共價(jià)結(jié)合法固定辣根過氧化物酶(HRP),考察了固定化HRP的穩(wěn)定性及降解苯酚效果。結(jié)果表明:CTS已接復(fù)合在HNT

6、s表面,通過共價(jià)結(jié)合法固定HRP,最大酶固定量可達(dá)21.5 mg/g;HNTs-CTS固定化HRP經(jīng)過35天儲(chǔ)存后,固定酶活性保持率幾乎為100%,在較寬pH范圍表現(xiàn)出較強(qiáng)催化活性;在固定化HRP催化下,短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到較高苯酚去除率。因此HNTs-CTS適于作為酶固定載體并應(yīng)用在苯酚廢水處理過程中。
　　 (3)埃洛石納米管-殼聚糖凝膠微球的自組裝及固定化漆酶處理氯酚廢水研究
　　 以殼聚糖改性埃洛石納米管為結(jié)構(gòu)單元,

7、通過靜電自組裝將改性埃洛石納米管搭接成具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合凝膠微球(HCM),采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡、粒度分布儀、紅外分析和熒光標(biāo)記等技術(shù)進(jìn)行表征;考察了固定化漆酶的穩(wěn)定性及降解氯酚效果。結(jié)果表明:HCM微球直徑在10-40μm范圍,利用HCM為載體,通過物理吸附法固定漆酶,最大酶固定量可達(dá)118.2 mg/g,高于目前文獻(xiàn)所報(bào)道的同類載體的固定量,HCM固定化漆酶活性顯著高于游離漆酶活性,且應(yīng)用于2,4-二氯苯酚廢水降解處理中,氯酚