一种磁性氧化石墨烯固定化的cpo及其制备方法和应用
【专利说明】-种磁性氧化石墨烯固定化的CPO及其制备方法和应用 【技术领域】
[0001] 本发明属于有机染料废水的处理技术领域，具体涉及一种磁性氧化石墨烯固定化 的CP0及其制备方法和应用。 【【背景技术】】
[0002] 我国是一个染料工业和纺织印染业较为发达的国家，染料年产量达150000吨，位 居世界前列。随着染料工业的发展和印染加工技术的进步，染料结构的稳定性大为提高，给 脱色处理增加了难度，目前印染废水的脱色问题已成为国内外废水处理中急需解决的一大 难题。
[0003] 常用的染料废水处理方法除了生化处理和吸附法，还包括物理化学或化学脱色如 氧化还原法、离子交换法、膜法、混凝法等。高级氧化法脱色被认为是一种很有前途的方法， 但其昂贵的价格成为制约其广泛应用的重要原因，一些传统的氧化方法如次氯酸钠、过氧 化氢、臭氧和紫外氧化等证明对废水脱色效果不是很理想;活性炭吸附、膜分离的处理成本 较高;混凝法会产生大量污泥，容易造成二次污染。
[0004]蒽醌类染料是使用最普遍的一类染料，如奥酸性兰和茜素红，其排入自然界后难 以自然分解，因此加速了环境的污染。
[0005] 奥酸性兰(Acid Blue 45)常用于蛋白质类纺织的染色，纸、皮具、皂类和化妆品的 着色。由于它的芳香结构很难破坏(结构如下），在废水中脱色相对缓慢。奥酸性兰作为一种 有机染料，其属于蒽醌染料，被认为是诱变剂或致癌物质之一，排放产生的危害较大，因而 其脱色降解非常必要。奥酸性兰(Acid Blue 45)结构式如下：
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[0007] 茜素红(Alizarin Red S)，又名1，2-二羟基蒽醌-3-磺酸钠，是一种广泛应用于染 料、酸碱指示剂中的典型的蒽醌类化合物。其结构如下式所示。
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[0009]粉末状的茜素红呈橙黄色或者棕黄色，易溶于水，微溶于无水乙醇，不溶于苯和氯 仿。茜素红水溶液呈现的颜色随着溶液的pH值变化，变色范围为pH从3.7 (黄色）~5.2(紫 色），故将其配制成为浓度0.05%~0.2%的水溶液可用作酸碱指示剂和络合滴定的指示 剂。茜素红具有结构复杂、稳定性强、化学需氧量大、毒性较高等特点，排入水体会消耗水体 溶解氧，造成水生生物的死亡，经过富集作用会危害人体健康。
[0010]目前，奥酸性兰处理的方法有:一是生化法处理。臭氧作为杀菌剂的白腐真菌反应 器系统持续脱色奥酸性兰，其连续脱色操作为25天，平均脱色率为84%，但是其连续脱色操 作的时间较长，生化处理过程中有害分子降级速率低，设备投资大，运行费用高；二是吸附 法。奥酸性兰吸附在介孔材料上，最大吸附量为166. lmg/g;表面修饰的产黄青霉菌丝体吸 附阴离子染料奥酸性兰，最大吸附量为196mg/g;铬革肩（CS)吸附奥酸性兰，温度为323K时 最大吸附量l〇〇mg/g，最大去除率为92.93%，吸附脱色具有只吸附染料，但不破坏其结构 的特点，使用的吸附剂往往存在吸附量不够，或再生不容易的缺点。
[0011]传统的固定化酶反应器多采用固定床，固定床反应器是将固定酶填充在反应器内 以进行催化反应的装置，一般为柱状，是一种普通多用的反应器。底物溶液从反应器下部进 入，以一定的流速穿过固定化酶，在出口收集产物。固定床反应器虽然具有成本低、操作简 单、单位反应器体积容纳催化剂多等优点，但同时也存在以下缺点，一是传统的固定化酶反 应器在机械搅拌或气升式反应器中，可部分增强传质，但颗粒的碰撞或摩擦又会造成固定 化载体的损失。二是在酶的固定化过程中，较小的载体粒子在流化床中会引起大的压降，而 且流速过快，固定化酶会冲出流化床。
[0012] 氯过氧化物酶(CP0)是从海洋真菌Caldariomyces fumago中分离出来的一种血红 素过氧化物酶(42kDa)，因其独特的活性中心结构，具有多种催化活性，因而被认为是过氧 化物酶家族中应用最广泛的酶。但游离状态下的氯过氧化物酶在极端条件下稳定性差，易 失活，且不易从反应环境中分离出来进行重复使用，这些都制约了其大规模产业化应用。 【
【发明内容】
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[0013] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种磁性氧化石墨烯固定化 的CP0及其制备方法和应用，该方法能够将磁性氧化石墨烯作为载体，并对CP0进行固定，提 高CP0的稳定性，所制得的磁性氧化石墨烯固定化的CP0易分离进行重复使用，并能够应用 于蒽醌类染料的降解，降解率高。
[0014] 本发明制备方法的技术方案是：
[0015] 包括以下步骤：
[0016] 首先取磁性氧化石墨烯并依次加入磷酸缓冲溶液和CP0溶液混合均匀，得到反应 液，其中磁性氧化石墨烯和CP0的质量摩尔比为0.98ug: (1.5~3.5) X l(T4um〇l，将反应液 振荡5~180min后进行分离，得到固体Α，对固体Α进行清洗得到磁性氧化石墨烯固定化的 CP0〇
[0017] 进一步地，磁性氧化石墨稀是通过以下步骤制备得到的：
[0018] (a)取氧化石墨烯分散在超纯水中，得到氧化石墨烯悬浮液；
[0019] (b)在氮气环境下，将NH4Fe(S〇4)2 · 12H20、（NH4)2Fe(S〇4)2 · 6H20和体积分数为 25 %的氨水，按照Fe3+:Fe2+:氨水=(1.3~1.7)mol: lmol: 675.7mL的比例溶于超纯水，得到 磁性Fe3〇4纳米粒子；
[0020] (c)向步骤(b)的磁性Fe3〇4纳米粒子中滴入步骤(a)中的氧化石墨稀悬浮液，其中 氧化石墨稀和Fe2+的质量摩尔比为(40~60)g: lmol;在80~90°C搅拌30~50min后，分离得 到磁性氧化石墨稀。
[0021] 进一步地，步骤(c)中磁性氧化石墨烯是用磁铁分离出来的，且磁性氧化石墨烯烃 过洗涤、干燥和研碎的后处理步骤。
[0022] 进一步地，磁性氧化石墨烯先分散在超纯水中，经过超声分散均匀得到浓度为 lmg/mL的磁性氧化石墨烯悬浮液，然后经过离心分离得到固体B，再向固体B中加入磷酸缓 冲溶液和CP0溶液。
[0023]进一步地，反应液的pH值为2~6。
[0024]进一步地，反应液是在4~40°C的冷冻水浴振荡器中反应的，振荡器的转速为 350r/min〇
[0025]进一步地，固体A的清洗是用浓度为O.lmol · I/lpH值为3的磷酸缓冲溶液洗两次。 [0026 ]如上所述制备方法制备的磁性氧化石墨烯固定化的CP0。
[0027] 本发明磁性氧化石墨烯固定化的CP0在降解蒽醌类染料中的应用，其技术方案是： 包括以下处理步骤：
[0028] 首先在蒽醌类染料中加入磷酸缓冲溶液，再加入磁性氧化石墨烯固定化的CP0和 H202,得到降解反应体系，进行降解反应;其中，蒽醌类染料为奥酸性兰或茜素红;奥酸性兰、 磁性氧化石墨烯固定化的CP0和H 2〇2之间的比例为(0.3~1) X 10_4mmo 1:(1.5~3.5)X10- 4umol: (0 · 0026~0 · 013)mmol;茜素红、磁性氧化石墨稀固定化的CP0和H2O2之间的比例为 (0 · 1~1) X 10-4mmol: (1 · 5~3 · 5) X 10-4umol: (0 ·0065~0 ·0195)mmol。
[0029] 进一步地，降解反应体系的pH值为2~6;降解温度为25~50°C;降解时间10~ 180min〇
[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0031] 本发明制备方法中，利用磁性氧化石墨烯作为载体固定氯过氧化物酶，①提高酶 的生物相容性;②提高酶分子的结构稳定性，易于将酶与底物和产物分离;③操作简便、回 收后反复使用、可降低成本;④该磁性载体固载酶后可放入磁场稳定的流动床反应器中，可 以减少持续反应体系中的操作，磁场流化床的应用能够克服传统的固定化酶反应器的缺 点，酶或其他生物活性物质固定于磁敏性载体上，借助磁场作用控制粒子运动，可扩大操作 液速范围，改善传质，减少颗粒间摩擦，有效抑制床层堵塞，应用磁场流化床做固定化生物 反应器可有效避免固定化载体的损失。磁场流化床反应器可大大提高粒子的带出速率，适 合于工业上大规模连续化操作。
[0032] 本发明中氯过氧化物酶固定化后，既能保持酶的催化活性又能克服游离酶的一些 不足，提高酶分子结构的稳定性及操作稳定性，而且易