本发明涉及水处理领域，具体涉及利用固定化漆酶去除水体中染料和重金属的处理方法。
背景技术：
我国是染料生产大国，纺织染料工业近年来快速发展，同时在生成过程中向环境中排放了大量的染料废水，对生态环境而言，染料废水能造成水体的富营养化，对人体而言，染料废水通过直接接触会诱发人体产生器官的癌变。然而在实际废水中，通常会出现染料和重金属复合污染的情况，重金属和染料的形态会因为两者之间的相互作用而发生改变，从而影响重金属和染料的去除效果，会对生态环境和人体造成更大的损害。
漆酶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催化效率，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。固定化酶是指利用物理/化学的手段固定在载体上，使酶分子在此区域内进行特有和活跃的催化作用，并能够回收和长时间重复使用的一种技术。固定化酶同时兼备载体和酶的性质，能够被运用在处理水体中染料和重金属中。但是现有的固定化漆酶处理废水的方法存在费用高昂、二次污染风险大、处理过程繁琐、处理效果不佳等问题。因此，寻找一种操作简便、成本低、处理工艺简单、去除效率高、无二次污染的利用固定化漆酶处理染料和重金属复合污染水体的方法具有重要意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简便、成本低、处理工艺简单、去除效率高的固定化漆酶处理水体中染料和重金属复合污染的方法。
一种利用固定化漆酶处理水体中染料和重金属复合污染的方法，包括以下步骤。
（1）固定化漆酶的制备：本发明固定化漆酶的制备是以高岭土作为载体，将其加入装有一定漆酶浓度的缓冲液中，恒温振荡一段时间，经过离心分离，冷冻干燥得固定化漆酶。
上述制备固定化漆酶的方法中，所述的高岭土与漆酶的质量配比为1∶（1～6）；所述漆酶溶液由漆酶粉末溶于ph值为3～7的缓冲溶液中制备得到；所述漆酶溶液的初始浓度为0.05mg/ml～4mg/ml；所述ph值为3～6缓冲溶液为0.1mol/l柠檬酸缓冲液，所述缓冲溶液为0.1mol/l柠檬酸缓冲溶液或0.1mol/l磷酸盐缓冲溶液。
上述制备方法中，所述振荡吸附的转速为150r/min～300r/min；，温度为25℃～35℃，时间为15min～120min；所述离心的转速为4000r/min～10000r/min，时间为5min～15min；所述冷冻干燥的温度为-35℃～-45℃，时间为12h～24h。
（2）将步骤（1）所得的固定化漆酶、介体物质和含染料和重金属的缓冲溶液混合均匀，恒温震荡，完成对染料和重金属复合污染水体的处理。
上述处理方法中，所述固定化漆酶的添加量为每毫升所述染料和重金属复合污染水体中添加所述固定化漆酶3mg～24mg。
上述处理方法中，所述介体物质为丁香醛；所述介体物质在反应体系中的浓度为0mm～2mm。
上述处理方法中，所述处理在震荡条件下进行；所述搅拌的转速为150r/min～300r/min；所述处理的温度为25℃～35℃；所述处理的时间为1h-6h。
上述处理方法中，所述处理过程中采用缓冲溶液调节反应体系的ph值；所述反应体系的ph值为3～6；所述缓冲溶液为柠檬酸缓冲溶液或磷酸盐缓冲溶液。
上述处理方法中，所述染料为孔雀石绿，所述染料溶液的浓度为50mg/l；所述重金属为镉离子，所述重金属溶液的浓度为10mg/l。
上述固定化漆酶处理水体中染料和重金属复合污染的方法中，其特征在于，所述的固定化漆酶用量为2mg/ml，所述的介体浓度为1mm，所述搅拌的转速为200r/min，所述处理的温度为30℃，所述处理的时间为5h，所述的废水ph值为5，所述染料浓度为50mg/l，所述重金属浓度为10mg/l。
与现在技术相比，本发明的优点在于。
1.本发明提供了一种利用固定化漆酶处理水体中染料和重金属复合污染的方法，去除效率高，在最优条件下，孔雀石绿去除率高达98.2%，镉离子的去除率达20%以上。在对孔雀石绿有较高的处理效果的基础上，对镉离子也有一定的处理效果，可以有效的利用在处理染料和重金属复合污染水体上。
2.本发明方法中，将高岭土和漆酶溶液混合利用吸附进行固定，成功制备得到固定化漆酶，具有操作简便、易于控制、制备成本低、对漆酶固定化效果好、漆酶不易失活、适合大规模制备等优点。本发明中，所用高岭土具有原料来源广泛、廉价经济、制备工艺简单、对环境无害等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中不同介体浓度对固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子的影响图。
图2为本发明实施例中不同孔雀石绿浓度对固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子的影响图。
图3为本发明实施例中不同镉离子浓度对固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子的影响图。
图4为本发明实施例中不同时间对固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子的影响图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步地说明。
实施列1。
固定化漆酶的制备，包括以下步骤。
（1）高岭土的预处理：称取一定量的高岭土，放置在110℃的烘箱中烘6h。
（2）固定化漆酶的制备：调节漆酶溶液的ph值为5，将步骤（1）得到的高岭土加入至漆酶溶液中，漆酶浓度为0.8mg/ml，漆酶和高岭土的质量比为1：5，在30℃的温度下对该溶液振荡15min；再经过洗涤、离心分离、冷冻和真空干燥后，得到固定化漆酶。
实施列2。
将实施例1制备的固定化漆酶用于处理水体中的孔雀石绿和镉离子复合污染，并研究处理过程的最佳条件。
（1）不同介体浓度下利用固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子复合污染，包括以下步骤。
在保持反应体系为6ml，孔雀石绿浓度为50mg/l，镉离子浓度为10mg/l不变的情况下，考察了介体丁香醛在0~2mmol/l浓度条件下固定化漆酶对孔雀石绿和镉离子的吸附降解效果。取上清液，0.45μm滤膜过滤，紫外分光光度计测定溶液中剩余孔雀石绿的浓度，计算孔雀石绿的去除率，用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余镉离子浓度，计算镉离子的去除率。每个介体丁香醛浓度下设置3个平行样。孔雀石绿和镉离子的去除效率如图1所示。
孔雀石绿和镉离子去除率按照以下公式（1）计算（下同）。
式中：c0—废液初始孔雀石绿或镉离子浓度（mg/l），c—吸附后剩余孔雀石绿或镉离子浓度（mg/l）。
由图1可以知道当丁香醛浓度为0时，固定化漆酶对孔雀石绿的去除率仅为6.07%；当介体浓度为0.5mmol/l时，固定化酶对孔雀石绿的最大去除率为82.69%。
在漆酶/丁香醛体系中，漆酶能将丁香醛氧化，使其失去电子形成丁香醛游离基或中间体，所形成的丁香醛游离基或中间体会与孔雀石绿发生氧化还原反应，使孔雀石绿氧化成co2和h2o。提高介体浓度会是孔雀石绿的处理效果增加，然而高浓度介体浓度会降低处理效率，可能是漆酶蛋白质的活性基团受高浓度的自由基影响而影响酶到酶的活性，导致处理效率下降。高岭土对污染物的有一定的去除能力，一方面是因为高岭土的阳离子交换量和一定的比表面积能产生物理吸附作用；另一方面，高岭土含有铝氧化物和能释放一定量的羟基，能对重金属离子产生化学吸附。
（2）不同孔雀石绿浓度下利用固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子复合污染，包括以下步骤。
在保持反应体系为6ml，镉离子浓度为10mg/l，介体浓度为0.5mmol/l不变的情况下，考察孔雀石绿在10、20、30、50、70、100mg/l浓度的情况下，取上清液，0.45μm滤膜过滤，紫外分光光度计测定溶液中剩余孔雀石绿的浓度，计算孔雀石绿的去除率，用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余镉离子浓度，计算镉离子的去除率，每个孔雀石绿浓度下设置3个平行样。孔雀石绿和镉离子的去除效率如图2所示。
由图2可知，固定化漆酶在孔雀石绿浓度为10-50mg/l时，对孔雀石绿的去除效果是波动的，在50mg/l时去除率达到最大，为74.45%，当孔雀石绿浓度超过50mg/l时，固定化漆酶对孔雀石绿的去除效果逐渐减小。
在较低孔雀石绿浓度时，高岭土固定化漆酶主要是固定化载体对孔雀石绿有吸附作用，当孔雀石绿浓度超过50mg/l时，主要是漆酶和丁香醛产生的吸附·oh的活性基点减少，导致羟基自由基的形成率增加，降解效率增加。
（3）不同镉离子浓度下利用固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子复合污染，包括以下步骤。
为了研究镉离子浓度对水体中孔雀石绿的影响，在保持反应体系为6ml，孔雀石绿浓度为50mg/l，介体浓度为0.5mmol/l不变的情况下，考察镉离子在5、10、20、40、80mg/l浓度下，取上清液，0.45μm滤膜过滤，紫外分光光度计测定溶液中剩余孔雀石绿的浓度，计算孔雀石绿的去除率，用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余镉离子浓度，计算镉离子的去除率，每个镉离子浓度梯度下设置3个平行样。对孔雀石绿和镉离子的去除效率如图3所示。
由图3可知，镉离子会影响固定化漆酶对孔雀石绿的去除效果，当镉离子浓度低于20mg/l时，镉离子的浓度对固定化酶和灭活的漆酶的影响是波动的，而当镉离子的浓度超过20mg/l时，镉离子对孔雀石绿的去除效果影响较小，主要因为固定化载体对有机污染物的吸附作用不同于重金属，多数以分子形式进行物理吸附，这种吸附形式也是固定化载体同时处理重金属有机物的复合污染物时，高浓度重金属不影响有机物的吸附作用。当镉离子浓度在5-40mg/l时，固定化漆酶对镉离子的去除率达随着镉离子浓度的增加而增大，当镉离子浓度超过40mg/l时，固定化漆酶对镉离子的去除率呈下降趋势。镉离子初始浓度能够提供动力克服液态溶液和固态吸附剂之间的阻力。而超过一定初始浓度容易造成团聚现象，影响镉离子的去除效果。
（4）不同时间下利用固定化漆酶处理水体中孔雀石绿和镉离子复合污染，包括以下步骤。
在保持反应体系为6ml，孔雀石绿浓度为50mg/l，介体浓度为0.5mmol/l，镉离子浓度为10mg/l不变的情况下，分别在15、30、60、120、180、300min下取样，取上清液，0.45μm滤膜过滤，紫外分光光度计测定溶液中剩余孔雀石绿的浓度，计算孔雀石绿的去除率，用原子吸收分光光度计测定溶液中剩余镉离子浓度，计算镉离子的去除率每个时间梯度下设置3个平行样。孔雀石绿和镉离子的去除效率如图4所示。
由图4可知，固定化酶对孔雀石绿的去除率在15min时就达到了70%以上。随着时间的增加，固定化酶对孔雀石绿的去除率逐渐达到平衡；在处理镉离子时，在15min时就能达到平衡，是一个快速作用的过程，在整个处理过程中，吸附起了主要作用。
由上述实施例的内容可得到如下结论。
本发明固定化酶制备的条件为：称取16mg高岭土放入装有4ml浓度为0.8mg/ml，ph值为5的漆酶溶液的离心管中，在30℃的温度下对该溶液振荡15min。
在处理水体中孔雀石绿和镉离子复合污染时，本发明的固定化漆酶可实现非常好的处理效果效果。最佳处理条件为：ph值5.0，温度30℃，反应时间6h，固定化漆酶用量为2mg/ml，介体浓度为0.5mmol/l，初始孔雀石绿浓度为50mg/l，初始镉离子浓度为10mg/l时，本发明的固定化漆酶对孔雀石绿降解率高达98.2%，对镉离子的吸附效率达20%以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。