漆酶在陶瓷-壳聚糖复杂载体上固定化及在含油废水治理中的应用研究

摘要

本文以具有较高的比表面积、较大孔径的多孔陶瓷为一次载体、壳聚糖为二次载体，戊二醛为交联剂，采用共价结合法制备固定化漆酶，并对含油废水进行处理得到令人满意的结果。 首先，在对陶瓷-壳聚糖复合材料性能研究的基础上得到漆酶适宜的固定化方法及工艺条件。陶瓷-壳聚糖复合载体（CCCS）用于酶的固定化适宜条件为：0．15g CCCS用戊二醛质量浓度为6%的溶液15mL，在30℃下活化15min后，用蒸馏水洗涤3次，将其加入到3．0mL1．25mg/mL的漆酶缓冲溶液（pH4．0，0．2mol/L），在4℃下固定24h。在上述固定化条件下，漆酶的固定化效率为51．0%，酶活为55．87U/g。且经研究证明，向固定化反应后的漆酶缓冲溶液中添加新鲜的高浓度漆酶溶液至漆酶质量浓度1．25mg/mL，仍可重复使用，提高了固定化过程的经济性。 其次，比较了游离漆酶和固定化漆酶的酶学性质。研究结果表明适宜的温度、稳定范围和米氏常数Km值发生了变化，贮存稳定性和操作稳定性等均优于游离漆酶。固定化漆酶适宜的催化温度，分别为25℃和50℃。在酶活力保持80%以上，固定化漆酶相应的温度范围是20～35℃。固定化漆酶适宜的pH为3．0，其pH的适应性较游离酶增强。固定化漆酶在使用10次后，其酶活仍能保持最初的90．6%以上；保存一个月后固定化漆酶的酶活仍在95%以上。固定化漆酶的Km为66．64μmol/L，游离酶的Km为34．41μmol/L，故固定化漆酶对底物的亲和力有所降低，但降低的幅度并不大。 最后，研究了固定化漆酶处理含油废水的工艺条件及处理效果。当溶液中柴油的质量浓度为120mg/L时，在固定化漆酶用量0．75g、pH=4．5和15℃的条件下反应6h，除油率达到70．63%。壳聚糖对漆酶催化氧化柴油有较好的强化作用，当添加壳聚糖的质量浓度为100mg/L时，漆酶的除油率达到85．79%。固定化漆酶在重复使用5次之后，其除油率仍在60%以上，而使用10次之后除油率仍能达到37．71%。研究结果还表明：Cu2+和Fe2+对漆酶的活性部位表现为抑制作用，而Mg2+抑制作用较弱，当离子浓度低于10mg/L时，这种作用并不明显；当浓度高于70mg/L时，离子与产物发生作用，进而影响了酶的催化效率，以上三种金属离子对固定化漆酶的抑制作用较游离酶减小。 以上试验结果说明，利用固定化漆酶处理含油污水是完全可行的。在酶的催化作用下，污水中的剩余油浓度达到了国家污水排放标准。这一研究结果可为固定化漆酶降解含油废水技术工业化的可行性提供依据，同时为其今后工业化设计提供必要工艺条件和数据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

前言

第一章 综述

1.1含油污水的来源、性质、特点及其危害

1.2处理含油废水的研究现状

1.2.1物理化学法

1.2.2化学法

1.2.3生物法

1.3固定化酶的研究

1.3.1固定化酶简介

1.3.2酶的固定化方法

1.3.3固定化酶的载体材料

1.4本研究的来源、意义和内容

1.4.1课题的来源

1.4.2问题的提出和研究意义

1.4.3研究内容

第二章 陶瓷-壳聚糖复合载体的制备

2.1实验试剂与仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2实验方法

2.2.1制备陶瓷-壳聚糖复合载体的工艺流程

2.2.2陶瓷-壳聚糖复合载体的制备过程

2.2.3陶瓷-壳聚糖复合载体结合性能的测试

2.3实验结果与分析

2.3.1复合载体的FT-IR光谱分析

2.3.2复合载体的耐酸碱性能

2.3.3复合载体的耐热性能

2.3.4复合载体的稳定性

2.3.5 KH-570对复合载体性能的影响

2.3.6戊二醛对复合载体性能的影响

2.3.7复合载体的比表面积

2.4本章小结

第三章 漆酶固定化工艺条件的研究

3.1实验试剂与仪器

3.1.1实验试剂

3.1.2实验仪器

3.2实验方法

3.2.1漆酶固定化的工艺流程

3.2.2固定化漆酶制备过程

3.3实验结果与分析

3.3.1戊二醛对酶固定化效率的影响

3.3.2缓冲溶液pH值对酶固定化效率的影响

3.3.3给酶量对酶固定化效率的影响

3.3.4固定化温度对酶固定化效率的影响

3.3.5固定化时间对酶固定化效率的影响

3.4本章小结

第四章 固定化漆酶酶学性质的研究

4.1实验试剂与仪器

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.2实验方法

4.3实验结果与分析

4.3.1温度对固定化漆酶酶活力的影响

4.3.2 pH值对固定化漆酶酶活力的影响

4.3.3固定化漆酶的操作和贮存稳定性

4.3.4固定化漆酶的动力学性质

4.4本章小结

第五章 固定化漆酶处理含油废水工艺条件的研究

5.1实验试剂与仪器

5.1.1实验试剂

5.1.2实验仪器

5.2实验原理

5.3实验方法

5.4实验结果与分析

5.4.1絮凝剂的选择及其对除油率的影响

5.4.2溶液pH值对除油率的影响

5.4.3固定化漆酶用量对除油率的影响

5.4.4反应时间对除油率的影响

5.4.5反应温度对除油率的影响

5.4.6固定化载体的吸附作用对除油率的影响

5.4.7金属离子对除油率的影响

5.4.8反应助剂对除油率的影响

5.4.9操作次数对除油率的影响

5.4.10游离漆酶、固定化漆酶处理含油废水的经济评估

5.5本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

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