纳米生物催化降解环境水中酚类污染物的机理研究

发布时间：2018-01-16 01:32

  本文关键词：纳米生物催化降解环境水中酚类污染物的机理研究　出处：《吉林大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 氧化石墨烯 生物碳 酪氨酸酶 酚类化合物 生物降解 固定化

【摘要】：酶在生物化学领域具有十分重要的地位,而酶生物催化方法因其高效性和专一性的优点在污染物修复方面应用很广。但是,游离酶易失活、成本昂贵、不能重复利用等缺点限制了酶催化法的推广应用,为了解决这些问题固定化酶应运而生。酶的固定化解决了游离酶的问题,提高了酶的稳定性、催化活性和可回收利用性。酚类化合物污染的水体是水环境污染问题的重要部分,近来,国内外众多学者对于采用酶的固定化技术来进行环境中酚类化合物修复的研究特别关注。其中酶固定化材料的选择是一个很重要的问题,目前国内外已有各种材料作为载体用于酶的固定化,如碳纳米管、介孔硅、磁性纳米颗粒及聚合材料等,使用这些材料制备的酶固定化的复合物显著提高了酶的稳定性、催化活性以及对污染物的降解效率。本文选择两种具有特殊性质的材料氧化石墨烯和生物碳作为酶的载体,其中氧化石墨烯是一种新型的碳材料,现已经广泛应用于医疗、生物传感器和环境修复等方面,它的比表面积大,机械性能强、导电性优良、亲水性好,具有丰富的官能团等特质,作为酶固定化的载体已经吸引了研究者的注意;生物碳是生物质在缺氧状态下热解灼烧产生的多孔性材料,来源丰富、表面积大、亲环境好、具有官能团,在成本效益资源化利用方面选择作为酶的载体有潜在应用前景。本文选用氧化石墨烯和生物碳作为酪氨酸酶固定化的载体,分别拟构建酪氨酸酶固定化的磁性氧化石墨烯复合物和酪氨酸酶固定化生物碳复合物。将这两种新型催化材料分别应用于水中酚类化合物的修复,研究其对酚类化合物的催化降解效能,考察固定化酪氨酸酶的催化活性和稳定性以及影响酚类化合物降解效率的各种因素如底物浓度、酶投加量、pH、温度、实际环境水样等,并探讨固定化酪氨酸酶的可回收利用性。通过对上述研究得出结论:(1)酪氨酸酶通过共价交联法固定于氧化石墨烯表面形成的可磁性分离的、稳定的交联态固定酶复合物能够高效的催化降解苯酚和双酚A。由于氧化石墨烯双面都可以利用,比一般的载体可以固定更多的酶分子,通过电镜分析交联态的固定酶加载了更多的酶分子和磁颗粒,厚度相当于4.6层的单层酪氨酸酶分子和磁纳米颗粒分子固定在氧化石墨烯一面的高度。并且交联态的固定酶比共价态的固定酶活性高1.5倍,表明交联态的固定酶拥有更高的催化活性。(2)交联态酪氨酸酶固定氧化石墨烯复合物降解0.5 mM的苯酚,1.5 h后效率达到100%;降解100μM双酚A,2 h后效率达到74.5%。并且复合物可以在外加磁铁作用下很快分离回收,简化了固定酶复合物的制备和回收利用过程。重复使用5次之后,苯酚的去除效率仍旧有56.8%。(3)交联酪氨酸酶固定氧化石墨烯复合物具有较宽的pH、温度工作范围,保存30天后活性几乎保持不变,表明交联态固定酶对复杂多变的环境有很强的抵抗性,在实际水环境修复中有潜在应用前景。(4)酪氨酸酶通过物理吸附方法固定于生物碳表面,最佳固定吸附时间是2 h,在pH 4条件下酪氨酸酶固定化生物碳复合物有获得最高的酶加载量和最高的固定酶催化活性,分别为0.063 mg/mg和216.1 U/mg。(5)酪氨酸酶固定化生物碳复合物对双酚A有较高的催化降解效率。浓度为1 mg/mL、3 mg/mL、5 mg/mL酪氨酸酶固定化生物碳复合物在24 h后催化降解双酚A分别达到54.2%、72.9%和78%。
[Abstract]:In order to solve these problems , it is very important to study the activity and stability of immobilized tyrosinase and the degradation efficiency of immobilized tyrosinase . The results showed that the immobilized enzyme immobilized on the surface of biological carbon by the method of physical adsorption , the best fixing adsorption time was 2 h , and the immobilized biological carbon composite with the immobilized enzyme was 0.063 mg / mg and 216.1 U / mg . The immobilized biological carbon composite with the concentration of 1 mg / mL , 3 mg / mL and 5 mg / mL immobilized on the biological carbon composite was 54.2 % , 72.9 % and 78 % respectively .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703

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