一种以固定化酶去除工业废水中扑热息痛的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用固定化辣根过氧化物酶去除工业废水中扑热息痛的方法，属 于生物技术领域。
【背景技术】
[0002] 扑热息痛（APAP，又称对乙酰氨基酚）是一种常用的解热、镇痛非处方药。主要适 用于缓解轻度至中度疼痛，如感冒引起的发热头痛、关节痛、神经痛等，相对于阿司匹林等 同类药物毒副作用小，是全世界应用最广泛的药物之一。但研究表明扑热息痛具有肝毒性， 长期服用对肝脏损害极大。据Larson报道在美国护理中心由APAP导致急性肝衰竭高达 42%，其中死亡率占三分之一。APAP和其结构类似物在自然环境中无处不在，且极容易在水 生环境中积聚。Kolpin调查显示美国自然水域中APAP质量浓度为10微克/升，而在英国 泰恩河中甚至高达65微克/升，对人类的健康造成巨大的威胁。
[0003] 目前，国内外在扑热息痛废水处理技术方面的报道极少，一些污水处理厂只能进 行传统的低效、不完全的处理方法。徐根良、官宝红等运用混凝加兼氧一好氧生物接触氧化 法加氧化脱色工艺流程处理APAP废水；秦桂涛，刘萍等利用D101大孔树脂静态吸附法处理 APAP废水；Cabrita等研究了利用活性炭、褐煤作为吸附剂来对扑热息痛废水进行处理，然 而这些处理方法并不能达到很好的降解和排毒效果。因为目前对扑热息痛废水处理的方法 成本昂贵且未能根本彻底将其降解，出水水质达不到相应的排放标准，为适应当代绿色环 保的主题，寻求经济高效和绿色环保的APAP净化技术迫在眉睫，也极具现实意义。
[0004] 酶是一种众所周知的绿色催化剂，因其高效专一性、反应温和性和副产物少、绿色 环保等特点被广泛用于制药、化工和环境保护等领域，而利用生物酶催化技术在污水处理 领域也日益受到关注。辣根过氧化物酶是由糖蛋白和铁卟啉辅基结合而成的酶，能够高效 催化降解苯酚、苯胺及其取代物，且反应条件温和、速度快、不需要任何相-相转移过程。但 由于辣根过氧化物天然酶稳定性差、价格高等缺点，限制其在工业上的广泛应用。固定化酶 技术具有成本低、无二次污染、易操作和重复连续使用等优点，克服了游离酶的种种缺陷。 在过氧化氢存在条件下利用固定化辣根过氧化物酶催化降解APAP废水在过去鲜有研究报 道，具有极其广阔的工业研究与应用前景。
[0005] 利用葡萄糖水热碳化法制备的碳球反应绿色温和，成本低，粒径均一，表面富集大 量官能团如一0H和一C = 0等。官能团联结在碳化骨架上不仅能够大大提高碳基材料的亲 水性以及它们分散在水体系中的稳定性，更重要的是官能团经过活化后，为生物大分子提 供附着位点。通过化学键共价键合制得的固定化酶，酶与载体结合牢固，使酶分子不易从载 体上脱落，提高了固定化酶的操作稳定性。
[0006] 本发明所要解决的问题是高效除去水中APAP污染物，克服现有净化扑热息痛污 染物技术的短缺，提供一种高效、节能、可重复利用、操作简单的扑热息痛及结构类似物污 水的处理方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决制药工业生产过程中扑热息痛的污染问题，提供一种以水 热法制备出的碳球材料为载体固定化辣根过氧化物酶作为催化剂净化水中扑热息痛的方 法。本发明针对现有技术的短缺与不足，提供一种操作简便、成本低廉、净化能力高效的清 除水中扑热息痛的方法。
[0008] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0009] 本发明以固定化酶去除工业废水中扑热息痛的方法，其特点在于：向含扑热息痛 的工业废水中加入固定化辣根过氧化物酶及H 202，室温下反应30-80min，以去除扑热息痛。 实际操作中可定时取样，分析APAP的浓度变化，直至APAP去除率达到排放标准。
[0010] 本发明以固定化酶去除工业废水中扑热息痛的方法，其特点也在于：所述固定化 辣根过氧化物酶的加入量与工业废水中扑热息痛的质量比为1U :1. 6mg ;所述H202的体积浓 度为0.09% ;所述H202加入量与工业废水中扑热息痛的摩尔比为1:1~1:4。
[0011] 上述固定化辣根过氧化物酶是以通过氨基化修饰、戊二醛活化的纳米碳球为载 体，对辣根过氧化物酶固定化获得，具体制备方法是：
[0012] 1)将8克葡萄糖溶于80毫升蒸馏水中并搅拌至澄清，然后转移至100毫升高压反 应釜中，180°C反应8小时，冷却至室温，离心，所得沉淀用蒸馏水和乙醇交替洗涤数次，最 后冷冻干燥，获得纳米碳球；
[0013] 2)将100毫克步骤1)所制备的纳米碳球加入20毫升蒸馏水中并搅拌分散1小 时，然后缓慢滴加8毫摩尔氨水并继续搅拌2小时，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤数次，最后 冷冻干燥，获得氨基化修饰碳球；
[0014] 3)将100毫克步骤2)所制备的氨基化修饰碳球加入20毫升体积浓度为2%的戊 二醛中，室温下反应30分钟，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤数次除去未反应的戊二醛，最后 冷冻干燥，即获得述固定化辣根过氧化物酶载体；
[0015] 4)将100毫克步骤3)所制备的固定化辣根过氧化物酶载体和10毫克辣根过氧 化物酶在10毫升浓度为0. 1摩尔/升、pH = 7的磷酸盐缓冲液中混合后，在25°C振荡18 小时，然后用0. 1摩尔/升、pH = 7的磷酸盐缓冲液反复冲洗产物，直至淋洗液中没有游离 酶，即获得固定化辣根过氧化物酶。
[0016] 所述固定化辣根过氧化物酶的粒径为180~220纳米，酶固载量为3~4毫克/ 克，酶活为500~600U/克。
[0017] 本发明提供的对水中扑热息痛的分析方法如下：
[0018] 采用高效液相色谱（HPLC)进行分析，流动相为甲醇和水溶液的混合液，体积比为 20 :80,流速1. 0毫升/分钟，二极管阵列检测器测定波长为250nm。
[0019]
[0020] 本发明优点在于：
[0021] (1)本发明提供的固定化辣根过氧化物酶载体的制备绿色温和，成本低廉；制备 出纳米碳球材料，具有均匀的球形结构和粒径、良好的分散性，且表面富含大量的羧基和羟 基等官能团；本发明提供的固定化辣根过氧化酶是通过化学键的作用共价键合将辣根过 氧化物酶与载体牢固结合，不会因为过高浓度的底物或盐类的存在等原因而使酶分子而从 载体上脱落，克服了酶链接不紧密，生物相容性差等缺点，提高了固定化酶的操作稳定性； 本发明提供的固定化辣根过氧化物酶活性高，物理、化学性能稳定，较之游离酶更加耐受温 度、pH和有机溶剂等极端环境，水溶液储存稳定性好。
[0022] (2)本发明采用固定化辣根过氧化物酶去除水中扑热息痛，能够高效去除工业废 水中难以降解的扑热息痛污染；
[0023] (3)本发明方法操作简单，绿色环保，净化率高，具有良好的环境效益；
[0024] (4)本发明的固定化辣根过氧化物酶易回收重复利用，极大的降低了成本，具有良 好的应用前景及经济效益；
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例1中制备的固定化辣根过氧化物酶载体的透射电镜