专利名称：：氯过氧化物酶催化H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法
技术领域：
：本发明属于水、废水或污水的处理
技术领域：
，具体涉及一种利用酶催化11202氧化法实现偶氮类染料废水的快速脱色降解。
背景技术：
：我国是纺织印染的第一大国，而纺织印染行业又是工业废水排放的大户，约占整个工业废水排放量的35%。据资料显示，我国印染废水的排放量大约为每天400万m3，染料废水已成为环境重点污染源之一。橘黄II、溴酚蓝、次甲基蓝及水溶性苯胺蓝是水溶性偶氮染料，广泛应用于印染工业，是印染废水的主要成分之一。这类染料的结构中含有不易生物降解的苯环结构以及由偶氮键形成的大共轭体系，使得废水色度很高，是较难处理的印染废水成分。目前普遍使用的混凝法基本无法处理这类水溶性染料，而各种化学氧化法都存在色度去除率不高、处理效果波动大、工艺复杂并产生二次污染等问题。当前迫切需要能够快速破坏水溶性偶氮染料发色基团的有效方法。氯过氧化物酶(CP0)是从海洋真菌Caldariomycesfumago中分离出来的一种血红素过氧化物酶(42kDa)。CPO具有极为广泛的氧化活性，兼具血红素过氧化物酶(单电子及两电子过氧化、有机卤化)、过氧化氢酶(过氧化氢歧化、一元醇氧化)以及细胞色素P-450(脱烷基化、烯键环氧化、磺化氧化等)等多种酶的催化特征，目前被认为是过氧化物酶家族中应用最广泛的酶。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于克服上述水溶性偶氮染料处理方法的缺点，提供一种处理工艺简单、成本低、处理效率高、效果好的氯过氧化物酶催化H202氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括下述步骤1、配制溶液配制物质的量浓度为0.lmol/L的KH2P04_K2HP04缓冲溶液，用3mol/L盐酸调节其pH为5.5，以此缓冲液配制物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，用质量分数为30%的H202溶液和蒸馏水按常规方法配制物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液。2、脱色降解向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为O.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.010.06，用物质的量浓度为3mol/L的!12504溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液调节pH至25，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.040.08，室温搅拌15分钟。上述的偶氮染料溶液为物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液或物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液或物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液或物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液。3、计算偶氮染料脱色降解率偶氮染料脱色降解率按(1)式计算n=[(A0-At)/A0]X100%(1)式中n是偶氮染料脱色降解率，A。是该偶氮染料特征波长处的初始吸光度，At是时间t时的吸光度。在本发明脱色降解步骤2中，向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的优选体积比为1:0.030.06，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液调节pH优选至24，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的优选体积比为1:0.050.08。在本发明脱色降解步骤2中，向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的最佳体积比为1:0.04，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液调节pH最佳至3，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的^(^水溶液的最佳体积比为1:0.07。本发明建立的氯过氧化物酶催化H202氧化水溶性偶氮染料橘黄n、溴酚蓝、次甲基蓝、水溶性苯胺蓝废水的脱色降解方法，基于生物酶催化降解体系，以H202为氧化剂，快速破坏上述染料中大的共轭体系及偶氮结构等发色基团，实现染料的不可逆脱色降解，并提高其可生化性。本发明具有脱色降解速度快、效率高、操作步骤简单、氣过氧化物酶和&02用量小等优点，可在水溶性偶氮染料工业废水的处理中应用。具体实施例方式下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下1、配制溶液配制物质的量浓度为0.lmol/L的KH2P04_K2HP04缓冲溶液，用3mol/L盐酸调节其pH为5.5，以此缓冲液配制物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，用质量分数为30%的H202溶液和蒸馏水按常规方法配制物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液。2、脱色降解向1000mL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液中加入40mL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.04，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液调节pH至3，加入70mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.07，室温搅拌15分钟。3、计算偶氮染料脱色降解率偶氮染料脱色降解率按(1)式计算n=[(A0-At)/A0]X100%(1)式中n是偶氮染料脱色降解率，A。是物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液在600nm处的初始吸光度，At是时间t时的吸光度。实验结果见表13。按(1)式计算，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液的脱色降解率为93.9%。实施例2以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在本实施例的脱色降解步骤2中，向lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液中加入lOmL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.01，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mo1/L的NaOH溶液调节pH至3，加入40mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.04，室温搅拌15分钟。其他步骤与实施例1相同。实施例3以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在本实施例的脱色降解步骤2中，向lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液中加入60mL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.06，用物质的量浓度为3mol/L的!^04溶液或物质的量浓度为3mo1/L的NaOH溶液调节pH至3，加入80mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.08，室温搅拌15分钟。其他步骤与实施例1相同。实施例4以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例1的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在计算偶氮染料脱色降解率步骤3中，按(1)式计算物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液的脱色降解率，式中A。是物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液在485nm处的初始吸光度。其他步骤与实施例l相同。实验结果见表13。按(1)式计算，物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液的脱色降解率为49.2%。实施例5以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例2、3的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例4相同。实施例6以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例1的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在计算偶氮染料脱色降解率步骤3中，按(1)式计算物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液的脱色降解率，式中A。是物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液在438nm处的初始吸光度。其他步骤与实施例l相同。实验结果见表13。按(1)式计算，物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液的脱色降解率为45.8%。实施例7以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例2、3的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例6相同。实施例8以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例1的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。在计算偶氮染料脱色降解率步骤3中，按(1)式计算物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液的脱色降解率，式中A。是物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液在666nm处的初始吸光度。其他步骤与实施例l相同。按(1)式计算，物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液的脱色降解率为57.4%。实施例9以lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液的脱色降解为例，所用原料及其脱色降解方法如下在实施例2、3的脱色降解步骤2中，将lOOOmL物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液用等体积物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液替换，该步骤的其他步骤与实施例1相同。其他步骤与实施例8相同。实施例10在以上的实施例19的脱色降解步骤2中，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至2，该步骤的其他步骤与相应的实施例相同。其他步骤与相应的实施例相同。实施例11在以上的实施例19的脱色降解步骤2中，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至5，该步骤的其他步骤与相应的实施例相同。其他步骤与相应的实施例相同。为了确定本发明的最佳工艺条件，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下实验药品氯过氧化物酶(CP0)由Sigma公司生产；橘黄II由北京化工厂生产；溴酚蓝由天津市福晨化学试剂厂生产；次甲基蓝由天津市东丽区天大化学试剂厂生产；水溶性苯胺蓝由国药集团化学试剂有限公司生产。实验仪器UV-1700型紫外可见分光光度计，由岛津国际贸易上海有限公司生产；raS-25型数显pH酸度计，由上海精密科学仪器有限公司生产。配制溶液配制物质的量浓度为0.lmol/L的KH2P04_K2HP04缓冲溶液，用3mol/L盐酸调节其pH为5.5，以此缓冲液配制物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液；用质量分数为30%的H202溶液和蒸馏水按常规方法配制物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液；用橘黄n、溴酚蓝、次甲基蓝、水溶性苯胺蓝分别和蒸馏水按常规方法配制成物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液。1、H202用量对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响取1000mL物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液各7份，分别置于2000mL的烧瓶中，分别加入40mL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比均为1:0.04，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液调节pH至3，再分别向7份溶液中加入30mL、40mL、50mL、60mL、70mL、80mL、90mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为O.211101/1的11202水溶液的体积比为1:0.03、1:0.04、1:0.05、i:o.06、i:o.07、i:o.08、i:o.09，室温搅拌i5分钟。用紫外可见分光光度计测量降解前后橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液的吸光度，根据(1)式计算偶氮染料脱色降解率n=[(A0-At)/A0]X100%(1)式中n是偶氮染料脱色降解率，A。是该偶氮染料特征波长处的初始吸光度，At是时间t时的吸光度。试验和计算结果见表l。7表l11202用量对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1可见，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.040.08时，脱色降解率效果均较好，继续增大H202用量，H202对酶活性的抑制作用开始显现，脱色降解率急速下降。本发明选择物质的量浓度为10mmol/L偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.040.08，最佳为1:0.07。2、pH对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响取1000mL物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液各5份，分别置于2000mL的烧瓶中，分别加入40mL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比均为1:0.04，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的Na0H溶液分别调节5份pH至2、3、4、5、6，再分别加入70mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比均为l:0.07，室温搅拌15分钟。按照试验1的方法计算偶氮染料脱色降解率。试验和计算结果见表2。表2pH对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表2可见，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH为25时，氯过氧化物酶催化H202氧化橘黄11、溴酚蓝、次甲基蓝、水溶性苯胺蓝的脱色降解率效果均较好。本发明选择用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至25，最佳调节pH至3。3、氯过氧化物酶用量对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响取1000mL物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液各6份，分别置于2000mL的烧瓶中，向6份物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液中分别加入10mL、20mL、30mL、40mL、50mL、60mL物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比均为i:o.oi、i:o.02、i:o.03、i:o.04、1:o.05、1:o.06，分别用物质的量浓度为3mo1/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至3，再分别加入70mL物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比均为l:0.07，室温搅拌15分钟。按照试验1的方法计算偶氮染料脱色降解率。试验和计算结果见表3。表3氯过氧化物酶用量对水溶性偶氮染料脱色降解率的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表3可见，物质的量浓度均为10mmol/L的橘黄II水溶液、溴酚蓝水溶液、次甲基蓝水溶液、水溶性苯胺蓝水溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为i:0.010.06时，脱色降解率效果均较好，在体积比为i:0.04后，增加氯过氧化物酶用量对提高脱色率的作用已不显著，综合考虑经济因素，本发明选择物质的量浓度为1Ommol/L的偶氮染料与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为i:o.oio.06，最佳为i:o.04。权利要求一种氯过氧化物酶催化H2O2氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法，其特征在于它包括下述步骤(1)配制溶液配制物质的量浓度为0.1mol/L的KH2PO4-K2HPO4缓冲溶液，用3mol/L盐酸调节其pH为5.5，以此缓冲液配制物质的量浓度为0.1mmol/L的氯过氧化物酶溶液，用质量分数为30％的H2O2溶液和蒸馏水按常规方法配制物质的量浓度为0.2mol/L的H2O2水溶液；(2)脱色降解向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.1mmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.1mmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1∶0.01～0.06，用物质的量浓度为3mol/L的H2SO4溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至2～5，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H2O2水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H2O2水溶液的体积比为1∶0.04～0.08，室温搅拌1～5分钟；上述的偶氮染料溶液为物质的量浓度为10mmol/L的橘黄II溶液或物质的量浓度为10mmol/L的溴酚蓝溶液或物质的量浓度为10mmol/L的次甲基蓝溶液或物质的量浓度为10mmol/L的水溶性苯胺蓝溶液。2.按照权利要求1所述的氯过氧化物酶催化H202氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法，其特征在于在脱色降解步骤(2)中，向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.030.06，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至24，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.050.08。3.按照权利要求1所述的氯过氧化物酶催化H202氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法，其特征在于在脱色降解步骤(2)中，向偶氮染料溶液中加入物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液，混合均匀，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.lmmol/L的氯过氧化物酶溶液的体积比为1:0.04，用物质的量浓度为3mol/L的H2S04溶液或物质的量浓度为3mol/L的NaOH溶液调节pH至3，加入物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液，偶氮染料溶液与物质的量浓度为0.2mol/L的H202水溶液的体积比为1:0.07。全文摘要一种氯过氧化物酶催化H2O2氧化水溶性偶氮染料的脱色降解方法，包括配制溶液、脱色降解、计算偶氮染料脱色降解率步骤组成。本发明建立的氯过氧化物酶催化H2O2氧化水溶性偶氮染料橘黄II、溴酚蓝、次甲基蓝、水溶性苯胺蓝废水的脱色降解方法，基于生物酶催化降解体系，以H2O2为氧化剂，快速破坏上述染料中大的共轭体系及偶氮结构等发色基团，实现染料的不可逆脱色降解，并提高其可生化性。本发明具有脱色降解速度快、效率高、操作步骤简单、氯过氧化物酶和H2O2用量小等优点，可在水溶性偶氮染料工业废水的处理中应用。文档编号C02F1/72GK101781012SQ200910254619公开日2010年7月21日申请日期2009年12月31日优先权日2009年12月31日发明者李淑妮,翟全国,胡满成,茹雪娇,蒋育澄申请人:陕西师范大学