CN102701429A

CN102701429A - 一种固定化辣根过氧化物酶去除水中五氯酚的技术

Info

Publication number: CN102701429A
Application number: CN2012101724459A
Authority: CN
Inventors: 牛军峰; 徐江捷; 代云容; 张华斌; 刘敏; 胥嘉瑞
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种固定化辣根过氧化物酶净化水中五氯酚(PCP)的方法。该方法包括将辣根过氧化物酶固定在聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)电纺纤维膜中，将固定化辣根过氧化物酶和所要处理的五氯酚污水混合搅拌反应的过程；五氯酚的催化降解反应结果表明，该方法能够高效净化水中的五氯酚。本发明能够克服现有净化方法能耗高、操作复杂、反应条件剧烈和净化能力差等缺点，提供了一种设备简单、净化处理五氯酚效率好的方法，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种固定化辣根过氧化物酶去除水中五氯酚的技术

技术领域

本发明涉及一种利用电纺纤维膜固定化辣根过氧化物酶净化水中五氯酚(PCP)的方法，属于污水处理领域。

背景技术

五氯酚(PCP)曾被广泛用于木材防腐、杀菌、消毒、杀虫和除草，具有高毒性，是一种广泛存在于水体且具有“三致”(致癌、致畸、致突变)效应和遗传、发育毒性的有机难降解污染物，不易被分解且容易通过食物链富集在生物体内，从而对自然生态和人类健康造成严重的威胁，已被美国环保局列入优先控制污染物的名单。同时，PCP在自然环境中还能被转化为毒性更强的多氯二苯并呋喃(PCDFs)和多氯代二苯并二恶英(PCDDs)，因此寻求经济和环境友好的PCP净化技术是十分重要的。

目前常用的处理五氯酚的方法有物化法、超声化学降解法、湿式氧化法、电化学降解法等。其中物化法主要包括吸附法、混凝法、萃取法和膜处理法等。该方法仅仅是PCP从一种介质向另一种介质转移的过程，通常会产生新的污染，因此需要后续处理过程才能达到彻底清除PCP的目的。超声化学降解法存在能量利用率低，处理量小，操作费用高等问题。湿式氧化法需要高压设备，装置造价昂贵，催化剂损耗大，且对低浓度PCP废水处理不经济。电化学降解法由于受到电极材料的限制，存在电流效率低、电耗高及电极寿命短等缺点，因此难以实现工业化。

固定化酶降解法是净化水中PCP的一种有效方法，具有成本低、无二次污染、可重复利用和易操作的优点，具有广阔的工业应用前景。辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase，EC1.11.1.7)是一种是由无色的酶蛋白和棕色的铁卟啉结合而成的糖蛋白。固定化辣根过氧化物酶在过氧化氢存在时能有效催化降解五氯酚，具有广阔的工业应用前景。

静电纺丝纤维膜就是一种以高分子聚合物为原料，利用静电纺丝技术制备而成的载体，具体是由聚合物溶液或熔体借助于高压静电场作用进行喷射拉伸而形成纳米级至微米级纤维组成。因为静电纺丝纳米纤维膜因其具有孔隙率高、比表面积大、机械强度高且制备简单等优点，被人们认为是一种潜在的酶固定化基质。将静电纺丝纤维膜作为固定化酶的载体，不仅有利于酶与底物充分接触，能有效提高酶的催化效率，还容易从反应体系中分离回收。

本发明所要解决的问题是高效去除水中PCP污染物，克服现有净化氯酚类污染物技术的不足，提供一种高效、节能、可重复利用、操作简单的氯酚类污水的处理方法。

发明内容

本发明的目的在于解决工业生产过程中PCP的污染问题，提供一种以电纺纤维膜固定化辣根过氧化物酶为催化剂净化水中PCP的方法，能够克服现有净化方法能耗高、操作复杂、反应条件剧烈和净化能力差的缺点，具有良好的经济和环境效益。

利用固定化辣根过氧化物酶净化水中PCP的方法包括如下步骤：

a)将分子量为10万的聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)颗粒溶于二氯甲烷中，加入嵌段共聚物表面活性剂，均匀混合后搅拌3小时得到共聚物混合凝胶；

b)称取0.6毫克辣根过氧化物酶溶于0.3毫升pH值为4的磷酸盐缓冲溶液中，震荡摇匀至全部溶解；

c)取步骤b)中所得辣根过氧化物酶溶液加入共聚物混合凝胶中，搅拌直至形成均质乳液；

d)将步骤c)中所得乳液引入到高压静电纺丝装置中，调节各参数以获得稳定连续的喷射；

e)在接收板的铝箔上收集电纺纤维膜，电纺4～5小时后待纤维膜厚度达到0.5～1毫米，停止纺丝。所得固定化辣根过氧化物酶纤维膜储存在4℃下备用；

f)配制一定浓度的PCP溶液；

g)向PCP溶液中加入固定化辣根过氧化物酶纤维膜及H₂O₂，震荡反应；

h)定时取样，分析PCP的浓度变化；

本发明所述的PCP污水的处理方法，其中，步骤a)中所述的嵌段共聚物表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物F108，其分子式为PEO132-PPO50-PEO132，分子量为15500克/摩尔。

本发明所述的PCP污水的处理方法，其中，在步骤f)中所述PCP的初始浓度为10毫克/升；

本发明所述的PCP污水的处理方法，其中，在步骤g)中固定化辣根过氧化物酶纤维膜面积为2cm×2cm、数量为3片、质量为0.05g，H₂O₂浓度为0.019毫摩尔/升；

本发明提供的对水中PCP的分析方法如下：

采用高效液相色谱(HPLC Waters 1525)进行分析，流动相为甲醇和乙酸水溶液(体积分数1％)的混合液，体积比为80∶20，流速1.0毫升/分钟，紫外检测器测定波长为480纳米。降解率(％)＝(初始PCP浓度-剩余PCP浓度)/初始PCP浓度×100％。

本发明的优点在于：

1.采用辣根过氧化物酶去除水中PCP，高效利用清洁能源；

2.能够高效去除水中难降解PCP的污染；

3.该方法设备简单、操作方便、净化率高、辣根过氧化物酶容易回收利用，具有良好的经济效益和环境效益。

该方法在固定化辣根过氧化物酶纤维膜用量为0.5克/升处理100毫升初始浓度为10毫克/升的PCP污水2小时后，对五氯酚去除率可达80％以上。

附图说明

图1为利用游离辣根过氧化物酶及固定化辣根过氧化物酶纤维膜净化水中PCP过程中浓度随时间的变化(其中固定化辣根过氧化物酶及游离辣根过氧化物酶用量均为0.03U/升，PCP初始浓度为10毫克/升，pH＝3)。

具体实施方式

实施例1

将分子量为10万的聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)颗粒溶于二氯甲烷中，加入嵌段共聚物表面活性剂，均匀混合后搅拌3小时得到共聚物混合凝胶。称取0.6毫克辣根过氧化物酶溶于0.3毫升pH值为4的磷酸盐缓冲溶液中，震荡摇匀至全部溶解。将所得辣根过氧化物酶溶液加入共聚物混合凝胶中，搅拌直至形成均质乳液。将乳液引入到高压静电纺丝装置中，调节各参数以获得稳定连续的喷射；在接收板的铝箔上收集电纺纤维膜，电纺4～5小时后待纤维膜厚度达到0.5～1毫米，停止纺丝。所得固定化辣根过氧化物酶纤维膜储存在4℃下备用。配制pH＝3，初始浓度为10毫克/升的PCP溶液。向PCP溶液中加入0.05g固定化辣根过氧化物酶纤维膜及一定量的H₂O₂使其初始浓度为0.019毫摩尔/升。震荡反应。定时取样，使用HPLC分析PCP的浓度。结果表明，反应进行2小时后，PCP的去除率大于80.0％。

Claims

1.一种利用固定化辣根过氧化物酶去除水中五氯酚(PCP)的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将分子量为10万的聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)颗粒溶于二氯甲烷中，加入嵌段共聚物表面活性剂，均匀混合后搅拌3小时得到共聚物混合凝胶；

2)称取0.6毫克辣根过氧化物酶溶于0.3毫升pH值为4的磷酸盐缓冲溶液中，震荡摇匀至全部溶解；

3)取步骤2)中所得辣根过氧化物酶溶液加入共聚物混合凝胶中，搅拌直至形成均质乳液；

4)将步骤3)中所得乳液引入到高压静电纺丝装置中，调节各参数以获得稳定连续的喷射；

5)在接收板的铝箔上收集电纺纤维膜，电纺4～5小时后待纤维膜厚度达到0.5～1毫米，停止纺丝，所得固定化辣根过氧化物酶纤维膜储存在4℃下备用；

6)配制一定浓度的PCP溶液；

7)向PCP溶液中加入固定化辣根过氧化物酶纤维膜及H₂O₂，震荡反应；

8)定时取样，分析PCP的浓度变化。

2.根据权利要求1所述的利用固定化辣根过氧化物酶去除水中五氯酚(PCP)的净化方法，其中，在步骤6)中，所述PCP的初始浓度为10毫克/升。

3.根据权利要求1所述的利用固定化辣根过氧化物酶去除水中五氯酚(PCP)的净化方法，其特征在于：PCP的催化净化步骤7)中，反应体系为100毫升，固定化辣根过氧化物酶纤维膜面积为2cm×2cm、数量为3片、质量为0.05g，H₂O₂浓度为0.019毫摩尔/升。