CN107299056A - TiO2固定化酶反应器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TiO2固定化酶反应器及其应用，其是以多巴胺修饰的TiO2为载体、戊二醛为交联剂，通过共价结合作用将氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶固载在载体表面，即制备成TiO2固定化酶反应器，制备过程简单、成本低廉，所得酶反应器对染料(结晶紫、臧花橙G、茜素红等)和2,4‑二氯苯酚具有高效催化降解能力，在极短时间内即可达到近100％的降解率，且重复使用效果好。

Description

TiO2固定化酶反应器及其应用
技术领域
本发明属于染料废水和生活污水的处理技术领域，具体涉及一种固定化酶反应器及其在染料的快速降解和生活污水中2,4-二氯苯酚的高效降解中的应用。
背景技术
我国染料年出口量约30万吨，进口5万吨，布料印染使用染料约20万吨。其以偶氮和蒽醌类为主，具有较好的应用性能和优良的牢度性能。我国染料工业排放的废水量是巨大的，据统计，在染料生产过程中约有1％～2％的染料，在染色过程中约有10％的染料会随废水排入自然环境中，对环境造成了严重的威胁。染料废水的脱色降解一直是研究的热点问题，在染料废水处理过程中，由于染料的色度大，生物毒性强，因而迫切需要采用有效的技术手段，提高对染料废水的处理效果，以确保我国水资源的可持续发展。目前，人们经常采用的处理方法有物理法、化学法、生物化学法等。物理和化学方法可以有效脱除染料废水的颜色，但是对染料本身的毒性难以降解，多数只是分离，或者分解，而且所用于处理的设备材料都比较昂贵，耗能也大，最重要的是化学物质的过量也可能造成二次污染。与此相比，采用以生物法为主，物理、化学方法为辅助手段，具有很大的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备过程简单、成本低廉、具有高效催化降解能力的TiO2固定化酶反应器，并为其提供一种新的应用。
解决上述技术问题所采用的TiO2固定化酶反应器是：以多巴胺修饰的TiO2为载体、戊二醛为交联剂，通过共价结合作用将氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶固载在载体表面，即制备成TiO2固定化酶反应器。
本发明TiO2固定化酶反应器的制备方法为：
1、将TiO2和盐酸多巴胺加入超纯水中，并加入六亚甲基四胺，涡流搅拌30秒后于90℃下孵育3小时，10000转/分钟下离心2分钟除去上清液，经水和乙醇洗涤后即得到多巴胺修饰的TiO2。
2、将多巴胺修饰的TiO2和戊二醛加入pH＝7.0的Tris-HCl缓冲液中，常温搅拌2小时，离心洗涤，所得固体产物加入到含氯过氧化物酶的pH＝4.5的PBS缓冲液或含辣根过氧化物酶的pH＝7.0的PBS缓冲液中，于4℃下搅拌12小时，离心，弃掉上清液，干燥剩余固体，得到TiO2固定化酶反应器。
本发明TiO2固定化酶反应器在催化降解染料中的应用，所述的染料为结晶紫、臧花橙G或茜素红。
本发明TiO2固定化酶反应器在催化降解2,4-二氯苯酚中的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明TiO2固定化酶反应器的制备过程简单、成本低廉，所得酶反应器对染料(结晶紫、臧花橙G、茜素红)和2,4-二氯苯酚具有高效催化降解能力，在极短时间内即可达到近100％的降解率，且重复使用效果好。
附图说明
图1是TiO2固定化氯过氧化物酶反应器对结晶紫的降解情况。
图2是TiO2固定化氯过氧化物酶反应器对臧花橙G的降解情况。
图3是TiO2固定化氯过氧化物酶反应器对茜素红的降解情况。
图4是TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器对2,4-二氯苯酚的降解情况。
图5是TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器催化降解ABTS的重复使用情况。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、将80mg TiO2和9.5mg盐酸多巴胺加入到50mL超纯水中，并加入102mg六亚甲基四胺，涡流搅拌30秒后于90℃下孵育3小时，10000转/分钟下离心2分钟除去上清液，剩余固体经水和乙醇洗涤后，得到多巴胺修饰的TiO2。
2、将50mg多巴胺修饰的TiO2加入到18mL pH＝7.0的Tris-HCl缓冲液中，超声分散15分钟，然后加入2mL体积分数为50％的戊二醛水溶液，常温搅拌2小时，离心分离，所得固体产物加入到1.6mL含0.2mmol/L氯过氧化物酶的pH＝4.5的PBS缓冲液中，于4℃下搅拌12小时，离心，弃掉上清液，剩余固体在30℃干燥，得到TiO2固定化氯过氧化物酶反应器。
实施例2
1、将80mg TiO2和9.5mg盐酸多巴胺加入到50mL超纯水中，并加入102mg六亚甲基四胺，涡流搅拌30秒后于90℃下孵育3小时，10000转/分钟下离心2分钟除去上清液，剩余固体经水和乙醇洗涤后，得到多巴胺修饰的TiO2。
2、将50mg多巴胺修饰的TiO2加入到18mL pH＝7.0的Tris-HCl缓冲液中，超声分散15分钟，然后加入2mL体积分数为50％的戊二醛水溶液，常温搅拌2小时，离心分离，所得固体产物加入到1.6mL含0.5mg/mL辣根过氧化物酶的pH＝7.0的PBS缓冲液中，于4℃下搅拌12小时，离心，弃掉上清液，剩余固体在30℃干燥，得到TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器。
实施例3
实施例1制备的TiO2固定化氯过氧化物酶反应器在催化降解结晶紫中的应用，具体使用方法为：
称取10mg TiO2固定化氯过氧化物酶反应器加入到1.5mL含0.5mmol/L结晶紫的pH＝2.75的PBS缓冲液中，再加入30μL 0.1mol/L的双氧水，在室温下反应，反应完后离心分离，取上清液测其吸光度值。按下述公式计算染料的降解率：
η＝(A0-At)/A0×100％
式中η为降解率，A0为染料的初始吸光度值，At为时间t时染料的吸光度值。试验结果显示，在开始10次降解结晶紫的过程中仅需要1～2min，即可降解90％以上的结晶紫。如图1所示，室温下反应10min，该酶反应器相对于多巴胺修饰的TiO2对结晶紫的降解率显著提高，且重复使用20次，其对结晶紫仍保持50％以上的降解率。
实施例4
实施例1制备的TiO2固定化氯过氧化物酶反应器在催化降解臧花橙G中的应用，具体使用方法为：
称取10mg TiO2固定化氯过氧化物酶反应器加入到1.5mL含0.8mmol/L臧花橙G的pH＝2.5的PBS缓冲液中，再加入30μL 0.1mol/L的双氧水，在室温下反应。试验结果显示，在开始8次降解臧花橙G的过程中仅需要5～10min，即可降解90％以上的臧花橙G。如图2所示，室温下反应15min，该酶反应器相对于多巴胺修饰的TiO2对臧花橙G的降解率显著提高，且重复使用11次，其对臧花橙G仍保持50％以上的降解率。
实施例5
实施例1制备的TiO2固定化氯过氧化物酶反应器在催化降解茜素红中的应用，具体使用方法为：
称取10mg TiO2固定化氯过氧化物酶反应器加入到1.5mL含0.5mmol/L茜素红的pH＝3.0的PBS缓冲液中，再加入30μL 0.1mol/L的双氧水，在室温下反应。试验结果显示，在开始3次降解茜素红的过程中仅需要7～10min，即可降解90％以上的茜素红。如图3所示，室温下反应15min，该酶反应器相对于多巴胺修饰的TiO2对茜素红的降解率显著提高，且重复使用10次，其对茜素红仍保持50％以上的降解率。
实施例6
实施例2制备的TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器在催化降解2,4-二氯苯酚中的应用，具体使用方法为：
称取2mg TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器，加入20mg/mL 2,4-二氯苯酚的甲醇溶液和皂河污水，再加入80μL 0.1mol/L的双氧水，控制反应体系的总体积为3mL，并使反应体系中2,4-二氯苯酚的浓度分别为1、2、3、4、5、6、7mg/mL，在室温下反应30min，反应完后离心分离，取1mL上清液，用乙酸乙酯萃取，有机相减压浓缩，得到的浓缩产物用高效液相色谱检测，色谱条件为：C18反相色谱柱，色谱柱内径为4.6mm，柱长是250mm，以甲醇与超纯水体积比为60:40的混合液作为流动相，流速为0.8mL/min，检测波长为254nm，检测温度为室温，记录保留时间11min时的峰面积，与降解前峰面积对照即可算出降解率。如图4所示，当2,4-二氯苯酚浓度为7mg/mL时，TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器对其降解仍可达到65％以上。
以辣根过氧化物酶催化2,2'-连氮-二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)发生过氧化反应作为模型反应，考察TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器的重复使用性，具体方法为：称取10mg TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器，加入1.5mL含10mmol/L ABTS的水溶液，再加入30μL 0.1mol/L的双氧水，在室温下反应5min。如图5所示，该酶反应器重复使用43次，其对ABTS仍保持50％以上的降解率，说明TiO2固定化辣根过氧化物酶反应器具有良好的稳定性。

Claims (4)

1.一种TiO2固定化酶反应器，其特征在于：以多巴胺修饰的TiO2为载体、戊二醛为交联剂，通过共价结合作用将氯过氧化物酶或辣根过氧化物酶固载在载体表面，即制备成TiO2固定化酶反应器。
2.权利要求1所述的TiO2固定化酶反应器在催化降解染料中的应用。
3.根据权利要求2所述的TiO2固定化酶反应器在催化降解染料中的应用，其特征在于：所述的染料为结晶紫、臧花橙G或茜素红。
4.权利要求1所述的TiO2固定化酶反应器在催化降解2,4-二氯苯酚中的应用。
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