利用辣根过氧化物酶催化氧化处置氯酚废水

摘要

酚类化合物是一类重要的环境污染物，含酚废水是当今世界上危害程度大、污染范围广的工业废水之一。在煤气、焦化、炼油、冶金、机械制造、石油化工、化学有机合成工业、塑料、医药、农药、油漆等工业排出的废水中均含有酚类化合物。在过氧化氢（H2O2）存在时，辣根过氧化物酶（HRP）催化氧化酚类化合物生成不溶于水的高聚物，后者可通过离心或者沉淀去除。近年来，利用HRP去除酚类污染物引起了科学家们的关注。本论文以环境中普遍存在的氯酚类化合物为底物，对HRP降解氯酚化合物的机理和新方法进行了研究，主要内容包括以下两个部分：
　　(1) HRP催化氧化降解2,4-二氯酚(2,4-DCP)、4-氯酚(4-CP)和2-氯酚(2-CP)。在25℃、pH6.4、H2O2浓度0.5 mmol L-1的条件下，初始浓度为900μg L-1的HRP在2小时内对浓度为0.3 mmol L-1的三种氯酚化合物的去除率分别为84.7％（2,4-DCP）,52.3%（4-CP）和26.7%（2-CP）。对中间产物进行了分析并同时测定了反应前后的总有机碳含量。基于气质联用（GC-MS）的检测结果推测了三种氯酚化合物的去除途径。根据实验探讨结果，HRP对三种氯酚去除率存在差异的主要原因有：?底物与HRP的结合作用强度不一样，?HRP对三种氯酚的去除途径不一样，?反应过程中的沉淀的生成速率不一样。另外，还发现将三种氯酚等比例混合时，如果利用HRP来去除，混合之后4-CP与2-CP的去除率都有所提高。
　　(2)考虑到氧化石墨烯（GO）与四氧化三铁（Fe3O4）都具有类酶的催化活性，采用反相共沉淀方法制备了GO/Fe3O4磁性纳米复合材料。将GO/Fe3O4与自然酶HRP组合为双酶体系，在H2O2浓度为0.7 mmol L-1、温度25℃、pH6.4的磷酸缓冲溶液中，催化氧化浓度为50 mg L-1的2,4-DCP。单独的HRP与GO/Fe3O4体系对2,4-DCP的去除率分别为35%和9%。当两种催化剂共同作用于2,4-DCP时的去除率到达93%。这证明两种催化剂之间产生了很强的协同效应。实验对pH值、温度以及HRP、GO/Fe3O4和H2O2初始浓度进行优化。采用GC-MS监测了HRP-GO/Fe3O4催化体系对2,4-DCP去除过程中的中间产物。在外加磁场的作用下，可以将GO/Fe3O4复合物与溶液快速分离。另外，对GO/Fe3O4进行循环使用4次循环之后，催化剂还保持很高的催化活性。

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第一章 绪论

1.1 酚类的来源与危害

1.2 含酚废水的处理方法

1.3 HRP

1.4 GO与Fe3O4的研究介绍

1.5 研究内容和意义

第二章 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.2 实验方法

第三章 HRP去除氯酚的机理研究

3.1引言

3.2 HRP催化氧化去除单一的2-CP，4-CP和2,4-DCP

3.3 HRP去除三种氯酚的机理

3.4 HRP去除2-CP，4-CP和2,4-DCP的混合物

3.5 本章小结

第四章 HRP与GO/Fe3O4协同作用去除2,4-DCP

4.1 引言

4.2 不同体系对2,4-DCP的去除

4.3 反应条件对2,4-DCP去除的影响

4.4 对GO/Fe3O4的回收利用

4.5 去除机理的研究

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录A：攻读硕士期间主要的研究成果