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目前我国环境水体污染现状不容乐观，环境水体中常见的污染物如重金属、有机物等主要来源于工业、农业、生活污染物的排放。环境水体污染对人类健康造成了严重的危害，开发新型污水处理技术刻不容缓。细胞色素c（Cyt c）作为一种含有卟啉环辅基的电子传递蛋白，在细胞呼吸作用中具有重要的生理功能。由于Cyt c能够通过其自身卟啉环辅基中的Fe进行电子传递且对目标污染物具有良好的识别选择性，Cyt c以及含有Cyt c的细菌能够有效去除环境水体中的污染物。但是这种生物处理方式易受环境影响且稳定性能差，因此制备具有Cyt c催化功能的高稳定性人工酶具有重要的环境意义。分子印迹聚合物（MIP）是一种具有类似于抗原-抗体之间特异性识别和结合功能的高分子聚合物，被誉为“人工抗体”，具有易合成，选择性高，稳定性好等特性。基于MIP的人工模拟酶既具有自然酶的催化特性，又具有良好的稳定性，在去除环境水体中污染物领域具有重要的应用前景。本研究旨在利用分子印迹技术制备具有Cyt c分子识别及电子传递特性的高稳定人工模拟酶，并将该模拟酶应用于环境水体中污染物的去除，研究其对污染物的去除效率及催化还原机理。
目的：利用分子印迹技术制备既具有Cyt c分子识别及电子传递特性，又具有高稳定性的人工模拟酶，并将该Cyt c模拟酶应用于环境水体中污染物的去除。
方法：首先选取Cr(Ⅵ)为目标污染物，利用氧化石墨烯（GO）稳定的Pickering乳液合成GO包覆的Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物（IIP），并评价其吸附性能。该印迹聚合物能够提供模拟酶的特异性识别位点，然后利用GO与Fe(Ⅲ)的配位作用在聚合物表面构建GO-Fe(Ⅲ)复合材料，该材料在可见光照射下能够激发出电子，并将电子传递给印迹孔穴吸附的目标污染物，将目标污染物进行还原，由此得到Cyt c模拟酶，评价模拟酶的催化还原性能；利用细胞染毒实验评价模拟酶对Cr(Ⅵ)的解毒性能；最后以五价钒和硝基苯为目标污染物分别制备其模拟酶，并应用于五价钒及硝基苯的去除，评价其去除环境污染物的性能，探索模拟酶制备方法的普适性。
结果：（1）以Cr(Ⅵ)离子为模板，以功能单体2-VP、混合交联剂TRIM与EGDMA、致孔剂甲苯等为油相，以GO水溶液为水相，形成GO稳定的Pickering乳液，成功制备了Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物。光学显微镜显示IIP为规则的球形，直径为76.5±8.4μm，扫描电镜（SEM）显示GO能够较好的包覆于IIP表面。热力学吸附研究表明IIP的最大吸附容量qmax（0.68mg g-1）明显高于非印迹聚合物（NIP）的qmax（0.43mg g-1），说明IIP对模板分子Cr(Ⅵ)具有良好的选择性识别性能。动力学吸附研究表明IIP的吸附平衡时间短，30分钟即可达到吸附平衡。干扰实验显示Cr(Ⅲ)，Fe(Ⅲ)，Fe(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)等离子对IIP的吸附性能没有明显的抑制作用。重复利用研究显示，IIP在循环利用5次之后仍存在明显的选择性吸附性能，说明IIP具有良好的稳定性。该离子印迹聚合物能够特异性的识别目标污染物，为Cyt c模拟酶的制备提供了特异性识别位点。
（2）利用GO与Fe(Ⅲ)的配位作用在IIP聚合物表面形成GO-Fe(Ⅲ)复合材料，以此得到Cyt c模拟酶。该模拟酶在pH4水溶液中，在可见光照射下能够选择性催化还原Cr(Ⅵ)。单一体系的光催化实验表明，光照、印迹孔穴、GO、Fe(Ⅲ)在催化过程中起着关键作用。米氏方程研究表明，该模拟酶具有酶催化的性能，其米氏常数Km为NIP的46%（米氏常数Km越小说明酶的催化效果越好）。干扰实验表明与Cr(Ⅵ)结构相似的H2PO4-能够抑制Cr(Ⅵ)的催化还原，而与Cr(Ⅵ)结构不相似的CH3COO-对模拟酶的催化效果没有影响，进一步表明Cyt c模拟酶具有良好的光还原选择性。机理研究表明，光照条件下GO被激发产生光生电子，电子传递给与GO配位的Fe(Ⅲ)，促使Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，Fe(Ⅱ)将特异性吸附的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。Cr在还原过程中与Fe形成水合物并沉积于聚合物表面。由此可知，我们成功制备了Cyt c模拟酶，该模拟酶能够有效催化还原溶液中的Cr(Ⅵ)，并且能够将还原产物Cr(Ⅲ)负载于材料表面。
（3）分别利用制备的离子印迹聚合物和Cyt c模拟酶处理Cr(Ⅵ)溶液，并将处理后的溶液染毒细胞，利用细胞毒性实验评价Cyt c模拟酶对Cr(Ⅵ)的解毒效果。研究发现，印迹聚合物以多次吸附的处理方式能够有效的吸附溶液中的Cr(Ⅵ)。吸附处理后的Cr(Ⅵ)溶液染毒L02细胞时，约93%的细胞仍然具有细胞活力，表明吸附处理后的溶液几乎无细胞毒性。上述的吸附法需采用多次吸附的方式去除Cr(Ⅵ)，因此开发吸附-降解于一体的Cr(Ⅵ)催化剂具有重要研究意义。本研究表明，Cyt c模拟酶光催化剂能够有效降低溶液中Cr(Ⅵ)的毒性，随着光照时间的增加，溶液中Cr(Ⅵ)的浓度逐渐降低。将催化还原处理的Cr(Ⅵ)溶液染毒HepG2细胞，结果表明IIP能够有效解毒Cr(Ⅵ)，IIP光催化处理420分钟的溶液染毒HepG2细胞后，约85%的细胞仍具有活力。Hoechst33342与PI双染的结果同样表明Cyt c模拟酶能够有效解毒Cr(Ⅵ)。因此，Cyt c模拟酶能够有效消除溶液中Cr(Ⅵ)的毒性，且解毒效果随Cyt c模拟酶光催化时间的增加而增加。
（4）选取五价钒（V(Ⅴ)）和硝基苯（NB）为目标污染物，分别制备其Cyt c模拟酶。研究表明以Cr(Ⅵ)为结构类似物模板合成的分子印迹聚合物对V(Ⅴ)表现出明显的特异性吸附性能；热力学吸附数据表明，结构类似物分子印迹聚合物（SA-MIP）的最大吸附容量qmax为5.44mg g-1，是结构类似物非印迹聚合物（SA-NIP）最大吸附容量1.3的倍；动力学数据表明SA-MIP的吸附平衡时间短，30分钟即可达到吸附平衡；光催化数据表明在光照30分钟内溶液中V(Ⅴ)明显减少，但是随后溶液中V(Ⅴ)的含量没有明显的变化，这可能是由于还原反应只发生在吸附于SA-MIP表面的V(Ⅴ)。以对硝基苯酚为过渡态类似物模板合成的分子印迹聚合物对NB具有较好的特异性吸附效果；光催化数据表明过渡态类似物分子印迹聚合物（TSA-MIP）能够有效催化还原NB，其表观速率常数（4.2×10-3min-1）是过渡态类似物非印迹聚合物（TSA-NIP）表观速率常数（3.5×10-3min-1）的1.2倍，以异硫氰酸荧光素（FITC）标记催化反应后的聚合物发现NB在催化过程中被还原为苯胺，且苯胺吸附于聚合物表面。这说明Cyt c模拟酶不仅能够有效地选择性催化还原Cr(Ⅵ)，而且还能够催化还原环境中的其他污染物（V(Ⅴ)和NB）。因此Cyt c模拟酶能够适用于环境中多种污染物的有效去除，具有广泛适用性。
结论：利用GO稳定的Pickering乳液能够制备稳定性好、吸附能力强、抗干扰能力强的Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物，在该聚合物表面构建GO-Fe(Ⅲ)配位复合材料，即得到Cyt c模拟酶。该模拟酶能够有效去除溶液中的Cr(Ⅵ)，且处理后的Cr(Ⅵ)溶液没有明显的细胞毒性。针对V(Ⅴ)和NB制备的Cyt c模拟酶能够有效去除溶液中的V(Ⅴ)和NB等污染物，表明本论文提出的Cyt c模拟酶制备方法具有广泛适用性，为选择性光催化还原去除污染物提供了新的方法与思路。
目的：利用分子印迹技术制备既具有Cyt c分子识别及电子传递特性，又具有高稳定性的人工模拟酶，并将该Cyt c模拟酶应用于环境水体中污染物的去除。
方法：首先选取Cr(Ⅵ)为目标污染物，利用氧化石墨烯（GO）稳定的Pickering乳液合成GO包覆的Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物（IIP），并评价其吸附性能。该印迹聚合物能够提供模拟酶的特异性识别位点，然后利用GO与Fe(Ⅲ)的配位作用在聚合物表面构建GO-Fe(Ⅲ)复合材料，该材料在可见光照射下能够激发出电子，并将电子传递给印迹孔穴吸附的目标污染物，将目标污染物进行还原，由此得到Cyt c模拟酶，评价模拟酶的催化还原性能；利用细胞染毒实验评价模拟酶对Cr(Ⅵ)的解毒性能；最后以五价钒和硝基苯为目标污染物分别制备其模拟酶，并应用于五价钒及硝基苯的去除，评价其去除环境污染物的性能，探索模拟酶制备方法的普适性。
结果：（1）以Cr(Ⅵ)离子为模板，以功能单体2-VP、混合交联剂TRIM与EGDMA、致孔剂甲苯等为油相，以GO水溶液为水相，形成GO稳定的Pickering乳液，成功制备了Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物。光学显微镜显示IIP为规则的球形，直径为76.5±8.4μm，扫描电镜（SEM）显示GO能够较好的包覆于IIP表面。热力学吸附研究表明IIP的最大吸附容量qmax（0.68mg g-1）明显高于非印迹聚合物（NIP）的qmax（0.43mg g-1），说明IIP对模板分子Cr(Ⅵ)具有良好的选择性识别性能。动力学吸附研究表明IIP的吸附平衡时间短，30分钟即可达到吸附平衡。干扰实验显示Cr(Ⅲ)，Fe(Ⅲ)，Fe(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)等离子对IIP的吸附性能没有明显的抑制作用。重复利用研究显示，IIP在循环利用5次之后仍存在明显的选择性吸附性能，说明IIP具有良好的稳定性。该离子印迹聚合物能够特异性的识别目标污染物，为Cyt c模拟酶的制备提供了特异性识别位点。
（2）利用GO与Fe(Ⅲ)的配位作用在IIP聚合物表面形成GO-Fe(Ⅲ)复合材料，以此得到Cyt c模拟酶。该模拟酶在pH4水溶液中，在可见光照射下能够选择性催化还原Cr(Ⅵ)。单一体系的光催化实验表明，光照、印迹孔穴、GO、Fe(Ⅲ)在催化过程中起着关键作用。米氏方程研究表明，该模拟酶具有酶催化的性能，其米氏常数Km为NIP的46%（米氏常数Km越小说明酶的催化效果越好）。干扰实验表明与Cr(Ⅵ)结构相似的H2PO4-能够抑制Cr(Ⅵ)的催化还原，而与Cr(Ⅵ)结构不相似的CH3COO-对模拟酶的催化效果没有影响，进一步表明Cyt c模拟酶具有良好的光还原选择性。机理研究表明，光照条件下GO被激发产生光生电子，电子传递给与GO配位的Fe(Ⅲ)，促使Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，Fe(Ⅱ)将特异性吸附的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。Cr在还原过程中与Fe形成水合物并沉积于聚合物表面。由此可知，我们成功制备了Cyt c模拟酶，该模拟酶能够有效催化还原溶液中的Cr(Ⅵ)，并且能够将还原产物Cr(Ⅲ)负载于材料表面。
（3）分别利用制备的离子印迹聚合物和Cyt c模拟酶处理Cr(Ⅵ)溶液，并将处理后的溶液染毒细胞，利用细胞毒性实验评价Cyt c模拟酶对Cr(Ⅵ)的解毒效果。研究发现，印迹聚合物以多次吸附的处理方式能够有效的吸附溶液中的Cr(Ⅵ)。吸附处理后的Cr(Ⅵ)溶液染毒L02细胞时，约93%的细胞仍然具有细胞活力，表明吸附处理后的溶液几乎无细胞毒性。上述的吸附法需采用多次吸附的方式去除Cr(Ⅵ)，因此开发吸附-降解于一体的Cr(Ⅵ)催化剂具有重要研究意义。本研究表明，Cyt c模拟酶光催化剂能够有效降低溶液中Cr(Ⅵ)的毒性，随着光照时间的增加，溶液中Cr(Ⅵ)的浓度逐渐降低。将催化还原处理的Cr(Ⅵ)溶液染毒HepG2细胞，结果表明IIP能够有效解毒Cr(Ⅵ)，IIP光催化处理420分钟的溶液染毒HepG2细胞后，约85%的细胞仍具有活力。Hoechst33342与PI双染的结果同样表明Cyt c模拟酶能够有效解毒Cr(Ⅵ)。因此，Cyt c模拟酶能够有效消除溶液中Cr(Ⅵ)的毒性，且解毒效果随Cyt c模拟酶光催化时间的增加而增加。
（4）选取五价钒（V(Ⅴ)）和硝基苯（NB）为目标污染物，分别制备其Cyt c模拟酶。研究表明以Cr(Ⅵ)为结构类似物模板合成的分子印迹聚合物对V(Ⅴ)表现出明显的特异性吸附性能；热力学吸附数据表明，结构类似物分子印迹聚合物（SA-MIP）的最大吸附容量qmax为5.44mg g-1，是结构类似物非印迹聚合物（SA-NIP）最大吸附容量1.3的倍；动力学数据表明SA-MIP的吸附平衡时间短，30分钟即可达到吸附平衡；光催化数据表明在光照30分钟内溶液中V(Ⅴ)明显减少，但是随后溶液中V(Ⅴ)的含量没有明显的变化，这可能是由于还原反应只发生在吸附于SA-MIP表面的V(Ⅴ)。以对硝基苯酚为过渡态类似物模板合成的分子印迹聚合物对NB具有较好的特异性吸附效果；光催化数据表明过渡态类似物分子印迹聚合物（TSA-MIP）能够有效催化还原NB，其表观速率常数（4.2×10-3min-1）是过渡态类似物非印迹聚合物（TSA-NIP）表观速率常数（3.5×10-3min-1）的1.2倍，以异硫氰酸荧光素（FITC）标记催化反应后的聚合物发现NB在催化过程中被还原为苯胺，且苯胺吸附于聚合物表面。这说明Cyt c模拟酶不仅能够有效地选择性催化还原Cr(Ⅵ)，而且还能够催化还原环境中的其他污染物（V(Ⅴ)和NB）。因此Cyt c模拟酶能够适用于环境中多种污染物的有效去除，具有广泛适用性。
结论：利用GO稳定的Pickering乳液能够制备稳定性好、吸附能力强、抗干扰能力强的Cr(Ⅵ)离子印迹聚合物，在该聚合物表面构建GO-Fe(Ⅲ)配位复合材料，即得到Cyt c模拟酶。该模拟酶能够有效去除溶液中的Cr(Ⅵ)，且处理后的Cr(Ⅵ)溶液没有明显的细胞毒性。针对V(Ⅴ)和NB制备的Cyt c模拟酶能够有效去除溶液中的V(Ⅴ)和NB等污染物，表明本论文提出的Cyt c模拟酶制备方法具有广泛适用性，为选择性光催化还原去除污染物提供了新的方法与思路。