專利名稱：利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法
技術領域：
本發明涉及廢水處理領域，具體涉及利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法。
背景技術：
酚類污染物作為一類持久性有機污染物，具有較高的毒性和穩定性，少量進入環境即可造成較高的公共健康風險，且難以通過自凈作用在環境中去除，對其降解轉化方法的研究近年來引起了廣泛的關注。生物降解技術，尤其是生物催化技術，作為一種新興的處理方法，具有能耗低、易操作、降解效率高等優點，是一項前景廣闊的處理技術。漆酶(laccase，Ε. C. 1. 10. 3. 2)是一種含銅多酚氧化酶，具有較廣泛的底物專一性和較強的穩定性，能催化許多酚類和芳香胺類物質，如苯酚、對氯苯酚、苯胺以及多酚和多胺類物質，因而廣泛應用于生物轉化及廢水處理中。但由于在水中游離漆酶不可回收也不能長期保存，且在高溫或其他極端環境下穩定性不易保持，限制了其在實際中的應用。固定化技術是提高漆酶重復利用性和穩定性的有效手段，常用的固定化載體包括活性炭、殼聚糖、多孔硅膠、微濾膜多種材料。因此，利用固定化的漆酶去除水體中酚類污染物，具有很多優勢，但現有的利用固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法，操作復雜，去除效率低。新型介孔材料由于具有納米規整有序孔道結構和巨大的比表面積及孔容等特征，在生物催化和分離尤其是作為酶固定化載體的研究和應用上顯示了極大潛力。文獻 (Andrea Salis et al, Journal of Molecular Catalysis B :Enzymatic,2009,175-180) 用功能化介孔硅SBA-15固定來自Pleurotus sajor-caju的漆酶，可用于處理含多種酚類污染物的橄欖油作坊廢水。但介孔材料具有制備過程繁瑣、難以分離的缺點。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種操作簡便、成本低、 處理工藝簡單、去除效率高的利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法。為解決上述問題，本發明采用以下技術方案一種利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法，包括以下步驟先調節待處理的含酚水體的PH值為5. 0 6. 0，并調節含酚水體中的酚類初始濃度為ImM 4mM，然后在所述含酚水體中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水體中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0. 6mg，接著在25°C 30°C的溫度下對混合液進行振蕩反應他 12h (振蕩反應采用搖床進行，所述搖床的轉速為IOOrpm 150rpm)， 再通過磁性分離將基于磁性介孔碳的固定化漆酶與水體分離，將分離后的水體調節至中性后排放，完成對水中酚類污染物的去除。
上述的技術方案中，優選地，所述含酚水體的pH值為6. 0，所述含酚水體的酚類初始濃度為2mM，所述振蕩反應的溫度為30°C，所述振蕩反應的時間為12h。作為對上述技術方案的優化，上述方法采用的基于磁性介孔碳的固定化漆酶以磁性介孔碳為載體，漆酶通過物理吸附作用固定于所述磁性介孔碳上，所述磁性介孔碳的孔道內嵌入有磁性納米顆粒，所述磁性介孔碳上的漆酶吸附量在140mg/g以上，所述固定化漆酶的酶活性回收率為60% 95% (優選的技術方案可達75% 95% )。作為對上述技術方案的優化，所述的磁性介孔碳與漆酶的質量配比為1 (1 2. 5)。作為對上述技術方案的優化，所述磁性介孔碳含有有序雙峰介孔結構，所述有序雙峰介孔結構是指孔徑分布的兩個峰值分別出現在4nm附近區域和18nm附近區域。4nm附近區域特別是指孔徑主要集中分布在4nm 5nm的孔徑范圍內，18nm附近區域特別是指孔徑主要集中分布在14nm 18nm的孔徑范圍內。作為對上述技術方案的優化，所述的基于磁性介孔碳的固定化漆酶，通過以下方法得到先準備磁性介孔碳和漆酶溶液，所述漆酶溶液中漆酶的初始濃度為0. 3mg/ml 1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值為3. O 6. O ；然后將磁性介孔碳加入至所述漆酶溶液中， 在25°C 30°C的溫度下對該溶液振蕩池以上；再經過洗滌、磁性分離、冷凍和真空干燥后， 得到固定化漆酶。作為對上述技術方案的進一步優化，所述漆酶溶液中漆酶的初始濃度為0. 4mg/ml 或1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值為4. 0，所述振蕩的轉速為IOOrpm，所述振蕩的時間為 3h。本發明的固定化漆酶的上述應用中，固定化漆酶的制備方法對固定化漆酶產品的性能有著重要影響，而固定化漆酶產品的性能又會進一步影響漆酶在廢水中的應用處理效果，因此，優化和確定漆酶的固定化時間，漆酶溶液的PH值以及漆酶的初始濃度對本發明有著重要意義。我們以不同固定化條件下的載體吸附酶量和固定化酶活性作為確定標準， 通過以下實驗得到了本發明的固定化漆酶制備方法中的工藝參數。1.固定化時間范圍的確定取40mg磁性介孔碳作為載體，加入IOOmL裝有40mg漆酶的磷酸緩沖液中(濃度為50mM，pH值為4. 0)，于30°C下以IOOrpm的速度振蕩15min 420min，磁性分離后用緩沖液清洗數次；用福林酚試劑法(lowry法)分別測定固定前緩沖溶液中漆酶量及固定后緩沖液中剩余的漆酶量，計算不同時間內單位載體吸附的漆酶量，得到的結果如表1所示；由表 1可知，單位載體吸附漆酶量隨時間增長不斷增高，但在池后吸附漆酶量達到平衡，因此， 適宜的固定化時間范圍為池以上；考慮到隨著時間延長，漆酶活損失增加，因此，上述技術方案中確定的優選振蕩固化時間為池 7h，最佳的固定化時間為池。表1 不同振蕩時間下載體吸附漆酶量
時間(min)153060120180300420吸附漆酶量(mg/g)56. 7116. 7163. 3183. 3216. 7220223. 3 2. pH值范圍的確定
調節檸檬酸緩沖液pH值為3. 0 4. 0，磷酸緩沖液pH值為5. 0 8. 0 ；取40mg 磁性介孔碳作為載體，加入IOOmL裝有40mg漆酶的不同pH值的緩沖液中(濃度50mM)，于 30°C下以IOOrpm的速度振蕩池，磁性分離后用緩沖液清洗數次；用紫外分光光度計測定固定化漆酶氧化2，2-連氮-二(3-乙基并噻-6-磺酸)(ABTQ吸光度在420nm處的變化，得到的固定化漆酶的相對活性情況如表2所示；由表2可知，固定化漆酶的相對活性在pH值為3. 0 6. 0時較高。因此，上述技術方案中優選的pH值范圍為4. 0 6. 0，最佳pH值為 4.0，此時相對活性最高。表2 不同pH值條件下制得的固定化漆酶的相對活性
權利要求
1.一種利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法，其特征在于，包括以下步驟先調節待處理的含酚水體的PH值為5. 0 6. 0，并調節含酚水體中的酚類初始濃度為ImM 4mM，然后在所述含酚水體中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水體中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0. 6mg，接著在25°C 30°C的溫度下對混合液進行振蕩反應他 12h，再通過磁性分離將基于磁性介孔碳的固定化漆酶與水體分離，將分離后的水體調節至中性后排放，完成對水體中酚類污染物的去除。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述含酚水體的PH值為6.0，所述含酚水體的酚類初始濃度為2mM，所述振蕩反應的溫度為30°C，所述振蕩反應的時間為12h。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述基于磁性介孔碳的固定化漆酶以磁性介孔碳為載體，漆酶通過物理吸附作用固定于所述磁性介孔碳上，所述磁性介孔碳的孔道內嵌入有磁性納米顆粒，所述磁性介孔碳上的漆酶吸附量在140mg/g以上，所述固定化漆酶的酶活性回收率為60% 95%。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述的磁性介孔碳與漆酶的質量配比為 1 (1 2. 5)。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述磁性介孔碳含有有序雙峰介孔結構， 所述有序雙峰介孔結構是指孔徑分布的兩個峰值分別出現在4nm附近區域和18nm附近區域。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述基于磁性介孔碳的固定化漆酶通過以下方法制得先準備磁性介孔碳和漆酶溶液，所述漆酶溶液中漆酶的初始濃度為 0. 3mg/ml 1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值為3. O 6. O ；然后將磁性介孔碳加入至所述漆酶溶液中，在25°C 30°C的溫度下對該溶液振蕩池以上；再經過洗滌、磁性分離、冷凍和真空干燥后，得到固定化漆酶。
7.根據權利要求6所述的固定化漆酶的制備方法，其特征在于所述漆酶溶液中漆酶的初始濃度為0. 4mg/ml或1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值為4. 0，所述振蕩的轉速為 lOOrpm，所述振蕩的時間為池。
8.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磁性介孔碳通過下述方法得到(1)先將嵌段共聚物與正硅酸乙酯在30°C 35°C的溫度下混合攪拌20h Mh，再將混合液轉移至135°C 140°C下水熱反應2 Mh，得到白色沉淀，將所述白色沉淀洗滌至中性后過濾、干燥，得到白色粉末；(2)將上述得到的白色粉末在500°C 550°C的溫度下煅燒4h 證后得到介孔硅模板；(3)利用初濕浸漬法將由金屬硝酸鹽、乙醇和糠醇組成的多元溶液滲透到所述介孔硅模板中，然后在70°C 80°C的空氣中對滲透有多元溶液的介孔硅模板固化IOh 12h，干燥后得到復合物；(4)將上述得到的復合物在N2中于800°C 900°C的溫度下熱處理Ih 池，然后用加熱至80°C 90°C的氫氧化鈉溶液洗滌移除復合物中的硅模板，再對移除硅模板后的復合物過濾、清洗和干燥，得到磁性介孔碳。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述金屬硝酸鹽是指摩爾比為1 (1 1.1)的 Fe (NO3) 3 與 Ni (NO3) 2 的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水體中酚類污染物的方法，包括以下步驟先調節待處理的含酚水體的pH值為5.0～6.0，并調節含酚水體中的酚類初始濃度為1mM～4mM，然后在所述含酚水體中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水體中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0.6mg，接著在25℃～30℃的溫度下對混合液進行振蕩反應6h～12h，再通過磁性分離將基于磁性介孔碳的固定化漆酶與水體分離，將分離后的水體調節至中性后排放，完成對水體中酚類污染物的去除；本發明的方法操作簡便、成本低、處理工藝簡單、去除效率高。
文檔編號C12N11/14GK102329008SQ20111024718
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者伍夢詩, 劉媛媛, 危臻, 龐婭, 曾光明, 李貞 , 湯琳, 雷曉霞 申請人:湖南大學