一步法合成包埋生物酶的凝胶及其在偶氮染料废水脱色中的应用

【摘要】众所周知,印染行业是水污染大户,染色废水量多,色度高,色泽变化大,含有有毒物质。传统常规的物理和化学方法处理染色废水会造成二次污染。生物酶处理染色废水,分解效率高、毒性小,易操作且使用范围宽,既环保又降低了重复污染。漆酶是高效的“绿色催化剂”,其催化氧化的副产物只有水,因此十分的绿色环保。漆酶不仅可以降解多种染料,对其脱色,而且能将有毒物质转化为无毒小分子,进行脱毒。漆酶在废水脱色领域未得到广泛推广的原因主要有：漆酶价格昂贵；其次染色废水成分复杂,高温、强酸强碱、高浓度盐、助剂等导致漆酶变性失活；漆酶贮存稳定性差,重复利用率低。通过新型的酶固定化技术,可明显提高漆酶的使用稳定性和重复利用率,从而降低成本。凝胶具有良好的生物相容性,通过包埋法将漆酶固定于凝胶三维网络结构中,可以提高漆酶的活性、稳定性和再利用性能等。本文尝试以聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)(P(NIPAAm-co-AAc))凝胶包埋漆酶,并将其应用于偶氮染料废水的脱色研究。论文首先通过“W/O反相微乳液聚合法”一步法合成P(NIPAAm-co-AAc)凝胶和P(NIPAAm-co-AAc)凝胶包埋漆酶,探讨不同摩尔比的单体浓度对凝胶和凝胶包埋漆酶性能(粒径、形态、温度响应性和pH响应性)的影响。一步法合成的凝胶及凝胶包埋漆酶呈球形,粒径在20-40μm,粒径大小分布不均匀,单分散性较差,凝胶及凝胶包埋漆酶均具有温度和pH双重响应性能。其次,P(NIPAAm-co-AAc)凝胶固载漆酶的反应后期,通过活化剂碳二亚胺(EDC)活化凝胶体系中-COOH,-COOH通过共价键对漆酶进行固载,进一步提高了漆酶在凝胶体系中的结合牢度。对凝胶包埋漆酶的蛋白固载量和活性进行测试,发现不同单体摩尔比的凝胶包埋漆酶的酶蛋白含量在0.094–43.154mg/mL,蛋白含量差异不显著；凝胶包埋漆酶的酶活和酶比活随体系中AAc/NIPAAm单体摩尔比的增加而增大,且P(NIPAAm-co-AAc)-6%/E的酶比活(125.32U/mg)显著高于PNIPAAm/E的酶比活(33.10U/mg)。而后,凝胶包埋漆酶应用于偶氮染料废水的脱色。偶氮染料是工业中染料用量最大的一类,难降解、毒性大,会产生游离的芳胺,对人体产生危害。在适当条件下,漆酶能催化降解偶氮染料。本文比较分析了游离态漆酶和凝胶包埋漆酶在相同给酶量(10U)和脱色条件下,对酸性橙Ⅱ偶氮染料的脱色,以染液的脱色率表征染液的色度,同时对脱色过程中的染液浓度、染液pH值、脱色温度、脱色时间等影响因素和凝胶包埋漆酶的循环再利用性能进行探究。研究表明,漆酶经凝胶固定化后对染液的脱色率(70%)高于游离态漆酶的脱色率(60%)；高浓度的染液对酶活有严重的抑制作用；凝胶包埋漆酶在染液pH值为4.0时具有较高的催化活性,脱色效果显著(脱色率为57%),在pH值为7.0时保持良好的酶活稳定性,其循环再利用性高；凝胶包埋漆酶在室温、短时间内(25℃,1h)就能发挥良好的催化降解作用。
【作者】曹秀；
【导师】阎克路；陈光杰；
【作者基本信息】东华大学，纺织工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】一步法；漆酶；P(NIPAAm-co-AAc)凝胶；固定化；偶氮染料；脱色；

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