一種固定化氰基水解酶的制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發明屬廢水處理【技術領域】，公開了一種固定化氰基水解酶的制備方法、應用及利用固定化氰基水解酶進行改性處理后得到的腈綸無紡布的應用。首先制備PVP-Fe3O4磁性納米固定化酶載體，再通過靜電引力來吸附固定化氰基水解酶，制備出高活力可回收利用的磁性納米固定化氰基水解酶。利用自制的磁性納米固定化氰基水解酶對腈綸無紡布進行改性處理，增強無紡布膜的親水性，弱化無紡布膜和溶質之間的物理化學作用，減少膜污染；并輔以預涂劑在改性無紡布基膜表面形成動態膜，強化無紡布基膜的抗污染性能。本發明能很好地控制膜污染，有利于無紡布膜生物反應器長期穩定地運行。
【專利說明】一種固定化氰基水解酶的制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理【技術領域】，涉及一種利用PVP-Fe3O4納米粒子為載體固定化氰基水解酶的制備方法，并利用固定化氰基水解酶對腈綸無紡布進行表面改性，以強化膜生物反應器中無紡布膜的抗污染性能。 【背景技術】
[0002]膜生物反應器(MBR)作為膜分離技術與生物技術有機結合的污水處理新工藝，具有出水水質優良穩定、處理效率高、占地面積小、分離效果好、操作簡便且易實現自動化控制等顯著優點，使其在印染廢水處理和回用方面成為一種很有競爭力的選擇。然而，該工藝目前存在膜材料價格貴、膜污染問題嚴重、使用壽命短及操作壓力大而帶來的能耗高等嚴重問題，制約了該技術的推廣應用。因此，在膜生物反應器技術開發中如何降低膜成本、減少膜污染是一個重要研究方向。
[0003]無紡布膜具有價格低廉、通量大、易清洗等特點，可以穩定可靠地應用于膜生物反應器中，降低膜生物反應器的制造和運行成本。然而，無紡布膜也存在膜污染問題，同時由于孔徑大于傳統的超濾或微濾膜材料，其處理出水水質也較差，這是該工藝實際應用需要解決的關鍵問題。
[0004]大量研究表明，胞外聚合物等疏水性溶質易在疏水性膜表面吸附和沉積，引起膜孔堵塞，造成膜污染。因此，如何增強無紡布膜的親水性、減少無紡布膜表面與截留物質的接觸及非定向結合，弱化無紡布膜和溶質之間的物理化學作用，對減少膜污染問題至關重要。對腈綸無紡布膜進行親水性改性是解決膜污染的有效途徑，目前急需尋找一種提高膜生物反應器中無紡布膜抗污染性的新方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供了一種利用固定化酶技術和預涂動態膜技術提高膜生物反應器印染廢水處理中無紡布膜抗污染性能的方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決:
一種固定化氰基水解酶的制備方法，方法如下:
步驟a =PVP-Fe3O4磁性納米粒子的制備:室溫條件下，將聚乙烯基吡咯烷酮溶液、FeCl3.6H20溶液、FeCl2.4H20溶液混合后進行攪拌，緩慢滴加NaOH溶液，反應時間30min，反應結束后反應體系為黑色懸浮液，靜置，去除上清液，用蒸餾水反復洗滌至上清液無色，烘干，得PVP-Fe3O4磁性納米粒子粉末；
步驟b:將制得的PVP-Fe3O4磁性納米粒子粉末加入磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液中，加入氰基水解酶，室溫下混合，通過靜電引力來吸附固定化氰基水解酶，充分吸附固定完成后，離心機進行離心IOmin后，倒出離心液，用水沖洗附于離心管壁上的物質，再離心，反復3-6次后，取最終附于離心管壁上的物質即為固定化氰基水解酶。本發明首先對氰基水解酶進行固定化，利用固定化酶對腈綸無紡布進行改性，以提高腈綸無紡布的親水性，并輔以預涂劑在改性無紡布基膜表面形成動態膜，強化無紡布膜的抗污染性能。
[0007]本發明的原理是利用固定化氰基水解酶將腈綸分子上的氰基轉化為酰胺基和羧基，從而增強腈綸無紡布的親水性，以強化無紡布膜的抗污染性能；同時在無紡布基膜表面預涂動態膜，在提高過濾精度的同時防止了污染物向基膜材料表面和內部的擴散，以減緩無紡布基膜污染。
[0008]作為優選，所述的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液pH=6。
[0009]作為優選，所述的離心機離心速率為8000r/min。
[0010]作為優選，所述的PVP-Fe3O4納米粒子粉末與氰基水解酶重量比為50:1。固定化酶的活力受到酶加載量的影響，一般隨酶的加載量的增加而增加，隨后達到一個穩定的水平。一般地，酶的載量受擴散效應限制，即受酶的分布和構型改變影響，當酶分子進入載體顆粒內部時就會發生的擴散限制降低了酶活力，而酶分子為了適應載體表面而發生的構型改變也會導致酶活的喪失。因此，本發明為了避免發生構型的改變，將酶的載量限制在只形成單層分子的狀態。
[0011]本發明固定化氰基水解酶用于對腈綸無紡布進行親水性改性處理。固定化酶氰基水解酶對腈綸無紡布膜進行親水性改性處理條件為:溫度40°c，pH=7.0,固定化氰基水解酶的用量3-5%owf，酶活50000U/g，浴比1:20，時間5小時。上述處理條件能有效提高腈綸無紡布膜的抗污染能力和使用壽命。
[0012]上述制得的腈綸 無紡布用于處理印染廢水。在活性污泥系統中添加預涂劑，采用微曝氣的方式使其混合均勻，將改性腈綸無紡布組件置于其中，蠕動泵抽吸出水進行循環，在水流剪切力和抽吸力共同作用下，預涂劑逐漸附著于膜組件表面，在無紡布大孔膜表面形成動力膜。采用上述改性無紡布動態膜生物反應器處理印染廢水，設計水力停留時間8h，污泥齡90d。
[0013]本發明由于采用了以上技術方案，具有顯著的技術效果:
(I)采用固定化酶對無紡布進行表面改性處理，提高無紡布膜的抗污染能力和使用壽命，能實現一般化學改性所不能實現的優良的區域及立體選擇性，從根本上克服了傳統強酸、強堿條件下化學改性方法對無紡布造成的強力損傷和環境污染問題。
[0014](2)添加優良的助濾材料，在無紡布大孔膜表面形成動力膜，可以保證出水水質，也有利于無紡布基膜污染的控制。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述:
實施例1
PVP-Fe3O4磁性納米粒子可以按照如下方法制備:分別移取30mL 4%PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，0.2mol/L的FeCl3.6Η20溶液和0.lmol/L的FeCl2.4Η20各80mL溶液于三頸燒瓶中，室溫下，在精密增力電動攪 拌器攪拌下，緩慢滴加20mL 3mol/L的NaOH溶液，反應30min，反應結束后，反應體系變為黑色懸浮液，靜置一段時間，去除上清液，用蒸餾水反復洗滌至上清液無色后，置于烘箱中烘干，即得PVP-Fe3O4磁性納米粒子。
[0016]PVP-Fe3O4磁性納米粒子固定化氰基水解酶的制備方法為:移取40mL pH6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液于IOOmL容量瓶中，加入0.2g PVP-Fe3O4納米粒子粉末，加入4mg的氰基水解酶，室溫下混合，通過靜電引力來吸附固定化氰基水解酶，充分吸附固定完成后，用離心機以8000r/min的轉速離心lOmin，倒出離心液，用水沖洗附于離心管壁上的物質，再離心，倒去離心液，反復數次后，最終附于離心管壁上的物質即為固定化氰基水解酶。
[0017]采用固定化氰基水解酶可對腈綸無紡布進行改性處理，提高親水性，以增強其抗污染能力。固定化酶改性處理條件為:溫度40°C，pH7.0,固定化酶(酶活50000U/g)用量3-5%owf，浴比1:20，時間5小時。
[0018]實施例2
兩組膜生物反應器處理同樣的印染廢水，設計水力停留時間為8h，污泥齡90d，膜組件采用腈綸無紡布的平板膜，膜孔徑為5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一組膜組件為普通腈綸無紡布，第二組膜組件為固定化氰基水解酶改性后的腈綸無紡布。運行結果表明，第一組的膜清洗周期為55d，第二組膜清洗周期為74d，第二組抗污染能力和使用壽命得到大幅增強。
[0019]實施例3
兩組膜生物反應器處理同樣的印染廢水，設計水力停留時間為8h，污泥齡90d，膜組件采用腈綸無紡布的平板膜，膜孔徑為5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一組膜組件為普通腈綸無紡布，預涂活性炭動態膜，第二組膜組件為固定化氰基水解酶改性后的腈綸無紡布，預涂活性炭動態膜。運行結果表明，第一組的膜清洗周期為117d，第二組膜清洗周期為138d ;第二組抗污染能力和使用壽命得到大幅增強。
[0020]實施例4
兩組膜生物反應器處理同樣的印染廢水，設計水力停留時間為8h，污泥齡90d，膜組件采用腈綸無紡布的平板膜，膜 孔徑為5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一組膜組件為普通腈綸無紡布，預涂硅藻土動態膜，第二組膜組件為固定化氰基水解酶改性后的腈綸無紡布，預涂硅藻土動態膜。運行結果表明，第一組的膜清洗周期為106d，第二組膜清洗周期為130d，第二組抗污染能力和使用壽命得到大幅增強。
[0021]總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種固定化氰基水解酶的制備方法，其特征在于，方法如下: 步驟a =PVP-Fe3O4磁性納米粒子的制備:室溫條件下，將聚乙烯基吡咯烷酮溶液、FeCl3.6H20溶液、FeCl2.4H20溶液混合后進行攪拌，緩慢滴加NaOH溶液，反應時間30min，反應結束后反應體系為黑色懸浮液，靜置，去除上清液，用蒸餾水反復洗滌至上清液無色，烘干，得PVP-Fe3O4磁性納米粒子粉末； 步驟b:將制得的PVP-Fe3O4磁性納米粒子粉末加入磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液中，加入氰基水解酶，室溫下混合，通過靜電引力來吸附固定化氰基水解酶，充分吸附固定完成后，離心機進行離心IOmin后，倒出離心液，用水沖洗附于離心管壁上的物質，再離心，反復3-6次后，取最終附于離心管壁上的物質即為固定化氰基水解酶。
2.根據權利要求1所述的固定化氰基水解酶的制備方法，其特征在于:所述的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液pH=6。
3.根據權利要求1所述的固定化氰基水解酶的制備方法，其特征在于:所述的離心機離心速率為8000r/min。
4.根據權利要求1所述的固定化氰基水解酶的制備方法，其特征在于:所述的PVP-Fe3O4納米粒子粉末與氰基水解酶重量比為50:1。
5.根據權利要求1-4任一所述的固定化氰基水解酶的應用，其特征在于:利用固定化氰基水解酶對腈綸無紡布進行親水性改性處理。
6.根據權利要求5所述的固定化氰基水解酶的應用，其特征在于:所述的固定化酶氰基水解酶對腈綸無紡布膜進行親水性改性處理條件為:溫度40°C，pH=7.0，固定化氰基水解酶的用量3-5%owf，酶活50000U/g，浴比1:20，時間5小時。
7.根據權利要求5所述的利用固定化氰基水解酶進行改性處理后得到的腈綸無紡布的應用，其特征在于:該腈綸無紡`布用于膜生物反應器中處理印染廢水。
【文檔編號】C12N11/14GK103555708SQ201310520360
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】劉艷春, 白剛, 張文啟, 錢紅飛 申請人:紹興文理學院