专利名称：利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法
技术领域：
本发明涉及废水处理领域，具体涉及利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法。
背景技术：
酚类污染物作为一类持久性有机污染物，具有较高的毒性和稳定性，少量进入环境即可造成较高的公共健康风险，且难以通过自净作用在环境中去除，对其降解转化方法的研究近年来引起了广泛的关注。生物降解技术，尤其是生物催化技术，作为一种新兴的处理方法，具有能耗低、易操作、降解效率高等优点，是一项前景广阔的处理技术。漆酶(laccase，Ε. C. 1. 10. 3. 2)是一种含铜多酚氧化酶，具有较广泛的底物专一性和较强的稳定性，能催化许多酚类和芳香胺类物质，如苯酚、对氯苯酚、苯胺以及多酚和多胺类物质，因而广泛应用于生物转化及废水处理中。但由于在水中游离漆酶不可回收也不能长期保存，且在高温或其他极端环境下稳定性不易保持，限制了其在实际中的应用。固定化技术是提高漆酶重复利用性和稳定性的有效手段，常用的固定化载体包括活性炭、壳聚糖、多孔硅胶、微滤膜多种材料。因此，利用固定化的漆酶去除水体中酚类污染物，具有很多优势，但现有的利用固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法，操作复杂，去除效率低。新型介孔材料由于具有纳米规整有序孔道结构和巨大的比表面积及孔容等特征，在生物催化和分离尤其是作为酶固定化载体的研究和应用上显示了极大潜力。文献 (Andrea Salis et al, Journal of Molecular Catalysis B :Enzymatic,2009,175-180) 用功能化介孔硅SBA-15固定来自Pleurotus sajor-caju的漆酶，可用于处理含多种酚类污染物的橄榄油作坊废水。但介孔材料具有制备过程繁琐、难以分离的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种操作简便、成本低、 处理工艺简单、去除效率高的利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案一种利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法，包括以下步骤先调节待处理的含酚水体的PH值为5. 0 6. 0，并调节含酚水体中的酚类初始浓度为ImM 4mM，然后在所述含酚水体中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水体中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0. 6mg，接着在25°C 30°C的温度下对混合液进行振荡反应他 12h (振荡反应采用摇床进行，所述摇床的转速为IOOrpm 150rpm)， 再通过磁性分离将基于磁性介孔碳的固定化漆酶与水体分离，将分离后的水体调节至中性后排放，完成对水中酚类污染物的去除。
上述的技术方案中，优选地，所述含酚水体的pH值为6. 0，所述含酚水体的酚类初始浓度为2mM，所述振荡反应的温度为30°C，所述振荡反应的时间为12h。作为对上述技术方案的优化，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为载体，漆酶通过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内嵌入有磁性纳米颗粒，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为60% 95% (优选的技术方案可达75% 95% )。作为对上述技术方案的优化，所述的磁性介孔碳与漆酶的质量配比为1 (1 2. 5)。作为对上述技术方案的优化，所述磁性介孔碳含有有序双峰介孔结构，所述有序双峰介孔结构是指孔径分布的两个峰值分别出现在4nm附近区域和18nm附近区域。4nm附近区域特别是指孔径主要集中分布在4nm 5nm的孔径范围内，18nm附近区域特别是指孔径主要集中分布在14nm 18nm的孔径范围内。作为对上述技术方案的优化，所述的基于磁性介孔碳的固定化漆酶，通过以下方法得到先准备磁性介孔碳和漆酶溶液，所述漆酶溶液中漆酶的初始浓度为0. 3mg/ml 1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值为3. O 6. O ；然后将磁性介孔碳加入至所述漆酶溶液中， 在25°C 30°C的温度下对该溶液振荡池以上；再经过洗涤、磁性分离、冷冻和真空干燥后， 得到固定化漆酶。作为对上述技术方案的进一步优化，所述漆酶溶液中漆酶的初始浓度为0. 4mg/ml 或1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值为4. 0，所述振荡的转速为IOOrpm，所述振荡的时间为 3h。本发明的固定化漆酶的上述应用中，固定化漆酶的制备方法对固定化漆酶产品的性能有着重要影响，而固定化漆酶产品的性能又会进一步影响漆酶在废水中的应用处理效果，因此，优化和确定漆酶的固定化时间，漆酶溶液的PH值以及漆酶的初始浓度对本发明有着重要意义。我们以不同固定化条件下的载体吸附酶量和固定化酶活性作为确定标准， 通过以下实验得到了本发明的固定化漆酶制备方法中的工艺参数。1.固定化时间范围的确定取40mg磁性介孔碳作为载体，加入IOOmL装有40mg漆酶的磷酸缓冲液中(浓度为50mM，pH值为4. 0)，于30°C下以IOOrpm的速度振荡15min 420min，磁性分离后用缓冲液清洗数次；用福林酚试剂法(lowry法)分别测定固定前缓冲溶液中漆酶量及固定后缓冲液中剩余的漆酶量，计算不同时间内单位载体吸附的漆酶量，得到的结果如表1所示；由表 1可知，单位载体吸附漆酶量随时间增长不断增高，但在池后吸附漆酶量达到平衡，因此， 适宜的固定化时间范围为池以上；考虑到随着时间延长，漆酶活损失增加，因此，上述技术方案中确定的优选振荡固化时间为池 7h，最佳的固定化时间为池。表1 不同振荡时间下载体吸附漆酶量
时间(min)153060120180300420吸附漆酶量(mg/g)56. 7116. 7163. 3183. 3216. 7220223. 3 2. pH值范围的确定
调节柠檬酸缓冲液pH值为3. 0 4. 0，磷酸缓冲液pH值为5. 0 8. 0 ；取40mg 磁性介孔碳作为载体，加入IOOmL装有40mg漆酶的不同pH值的缓冲液中(浓度50mM)，于 30°C下以IOOrpm的速度振荡池，磁性分离后用缓冲液清洗数次；用紫外分光光度计测定固定化漆酶氧化2，2-连氮-二(3-乙基并噻-6-磺酸)(ABTQ吸光度在420nm处的变化，得到的固定化漆酶的相对活性情况如表2所示；由表2可知，固定化漆酶的相对活性在pH值为3. 0 6. 0时较高。因此，上述技术方案中优选的pH值范围为4. 0 6. 0，最佳pH值为 4.0，此时相对活性最高。表2 不同pH值条件下制得的固定化漆酶的相对活性
权利要求
1.一种利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤先调节待处理的含酚水体的PH值为5. 0 6. 0，并调节含酚水体中的酚类初始浓度为ImM 4mM，然后在所述含酚水体中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水体中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0. 6mg，接着在25°C 30°C的温度下对混合液进行振荡反应他 12h，再通过磁性分离将基于磁性介孔碳的固定化漆酶与水体分离，将分离后的水体调节至中性后排放，完成对水体中酚类污染物的去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含酚水体的PH值为6.0，所述含酚水体的酚类初始浓度为2mM，所述振荡反应的温度为30°C，所述振荡反应的时间为12h。
3.根据权利要求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为载体，漆酶通过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内嵌入有磁性纳米颗粒，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为60% 95%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的磁性介孔碳与漆酶的质量配比为 1 (1 2. 5)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述磁性介孔碳含有有序双峰介孔结构， 所述有序双峰介孔结构是指孔径分布的两个峰值分别出现在4nm附近区域和18nm附近区域。
6.根据权利要求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过以下方法制得先准备磁性介孔碳和漆酶溶液，所述漆酶溶液中漆酶的初始浓度为 0. 3mg/ml 1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值为3. O 6. O ；然后将磁性介孔碳加入至所述漆酶溶液中，在25°C 30°C的温度下对该溶液振荡池以上；再经过洗涤、磁性分离、冷冻和真空干燥后，得到固定化漆酶。
7.根据权利要求6所述的固定化漆酶的制备方法，其特征在于所述漆酶溶液中漆酶的初始浓度为0. 4mg/ml或1. Omg/ml，所述漆酶溶液的pH值为4. 0，所述振荡的转速为 lOOrpm，所述振荡的时间为池。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磁性介孔碳通过下述方法得到(1)先将嵌段共聚物与正硅酸乙酯在30°C 35°C的温度下混合搅拌20h Mh，再将混合液转移至135°C 140°C下水热反应2 Mh，得到白色沉淀，将所述白色沉淀洗涤至中性后过滤、干燥，得到白色粉末；(2)将上述得到的白色粉末在500°C 550°C的温度下煅烧4h 证后得到介孔硅模板；(3)利用初湿浸渍法将由金属硝酸盐、乙醇和糠醇组成的多元溶液渗透到所述介孔硅模板中，然后在70°C 80°C的空气中对渗透有多元溶液的介孔硅模板固化IOh 12h，干燥后得到复合物；(4)将上述得到的复合物在N2中于800°C 900°C的温度下热处理Ih 池，然后用加热至80°C 90°C的氢氧化钠溶液洗涤移除复合物中的硅模板，再对移除硅模板后的复合物过滤、清洗和干燥，得到磁性介孔碳。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述金属硝酸盐是指摩尔比为1 (1 1.1)的 Fe (NO3) 3 与 Ni (NO3) 2 的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种利用基于磁性介孔碳的固定化漆酶去除水体中酚类污染物的方法，包括以下步骤先调节待处理的含酚水体的pH值为5.0～6.0，并调节含酚水体中的酚类初始浓度为1mM～4mM，然后在所述含酚水体中加入基于磁性介孔碳的固定化漆酶，每毫升含酚水体中加入的基于磁性介孔碳的固定化漆酶不少于0.6mg，接着在25℃～30℃的温度下对混合液进行振荡反应6h～12h，再通过磁性分离将基于磁性介孔碳的固定化漆酶与水体分离，将分离后的水体调节至中性后排放，完成对水体中酚类污染物的去除；本发明的方法操作简便、成本低、处理工艺简单、去除效率高。
文档编号C12N11/14GK102329008SQ20111024718
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者伍梦诗, 刘媛媛, 危臻, 庞娅, 曾光明, 李贞 , 汤琳, 雷晓霞 申请人:湖南大学