酶固定化生物炭复合材料对水中双酚A和偶氮染料的去除机理

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相比于传统的物理与化学环境修复手段,酶生物催化技术具有较好的专一性、较短的运行周期等优势。漆酶作为一种具有广泛的底物氧化能力的生物催化剂,引起了很多的关注。但游离状态的漆酶因不易回收利用和容易失去活性,在实际使用过程中有成本昂贵的缺点。酶固定化技术能够帮助酶保留催化活性,利于保存运输,同时达到重复利用,可以长期持续参与催化反应。生物炭来源广泛、绿色、成本低,近年来常用于土壤改良剂和吸附剂等多方面的研究,具有成为酶固定化载体材料的潜力。本文选择生物炭作为酶固定化载体材料,使用两种不同的方法制备漆酶固定化材料。制备的漆酶固定化磁性生物炭复合物和漆酶固定化生物炭-海藻酸铜球分别用于水中对双酚A和典型偶氮染料甲基橙的去除,研究了其对污染物的去除效能和机理,探究了固定化漆酶的稳定性和催化活性,以及重复利用性。该研究为酶固定化生物炭复合材料的研究、双酚A和偶氮染料污染水体的修复提供了理论依据和技术手段。通过对上述研究得出结论:(1)通过吸附、沉淀和交联的方法成功大量稳定地漆酶在可磁性分离的生物炭上,其中磁性生物炭由共沉淀方法制成,得到的漆酶固定化磁性生物炭复合物具有同比吸附方法高30余倍的1.424 mg/mg的酶载量。通过红外光谱、扫描电镜和能谱分析证实漆酶固定化成功。比较游离漆酶与漆酶固定化磁性生物炭复合物,发现此方法固定的漆酶具有更宽的pH和温度工作范围,稳定性得到了提升。(2)漆酶固定化磁性生物炭复合物可在75 min内对双酚A的去除率达到100%,同时对双酚A的去除率使用7次后仍然可以保持85%以上,可重复利用性较高。复合物可以将双酚A吸附后通过漆酶的生物降解作用来去除,最终得到被解毒的产物。经检验,在实际水样中复合物仍然较好地去除双酚A,具有用于实际环境修复的潜力。(3)漆酶以交联聚集体的形式与生物炭共同包埋入海藻酸铜球中,成功制备了直径为2-3 mm的漆酶固定化生物炭-海藻酸铜球。由于生物炭和海藻酸铜的共同提供的微环境保护作用,复合球的稳定性同比其他方法大量提升,30天常温储存后仍能保留81.87%的活性。(4)漆酶固定化生物炭-海藻酸铜球在的pH为3.5-4.0、温度为40℃时,对底物ABTS表现最高的酶催化活性,对比游离漆酶有更宽的适应范围。同时,复合球对10 mg·L-1的典型偶氮染料甲基橙可以有效去除,脱色率可达80.09%。经评估,也具有较好的重复使用性。
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