辣根过氧化物酶在多壁碳纳米管/堇青石复合载体上的固定化及含油污水处理

摘要

固定化酶技术不仅得以使酶能够在使用时得到循环再生，还能够有效提高其各项稳定性。本文中，一种新颖的多壁碳纳米管(MWCNT)/堇青石复合载体被精心设计并制备成功。通过MWCNT与氨基基团间强相互作用力引发的自组装过程，MWCNT被成功地负载于经过硅烷偶联剂N-β-aminoethyl-γ-aminopropyl-trimethoxysilane(AEAPTS)氨基化后的堇青石基体上。甚至通过重复制备，MWCNT在超声的高频振荡作用下还会进入堇青石主体的内部，在堇青石内部孔径中富集。MWCNT的这种成功负载有效地提高了复合载体的比表面积。通过实验分析，该复合载体的最佳制备工艺为:AEAPTS用量8-wt％、pH3.5、温度50℃、MWCNT用量0.5-wt％、150℃真空干燥以及对负载干燥过程重复操作3次。最佳制备条件下得到的复合载体的BET测试结果显示其比表面积可达28.813m2/g，比纯堇青石高30.80％。
　　通过吸附固定过程，辣根过氧化物酶(HRP)被成功的固载于复合载体上。并且由于负载在复合载体上的MWCNT有效的增加了新的固定化HRP结合位点，固定化HRP的活性会随着复合载体比表面积的增大而上升。通过分析，HRP在复合载体上的最佳固定化工艺为:温度4℃、游离HRP浓度0.15mg/mL、pH6.5以及固定化时间48h。在该条件下制备的固定化HRP活性可达1643.1U/g，每克复合载体上的酶负载量达1.34mg。该固定化结果要远高于单纯使用堇青石基体。固定化HRP的贮藏稳定性、热稳定性、催化稳定性以及酸碱稳定性均优于游离酶。10次重复操作后，固定化HRP仍保持57.87％的酶活性。以上优秀性质均可以归结为复合载体中MWCNT对HRP的保护作用。
　　将该固定化HRP用于模拟含油污水的处理，可以得到良好的处理效果。通过分析，较为适宜的处理条件为:温度30℃、pH7.0、H2O2浓度832.5mg/L、PEG浓度100mg/L以及催化时间2h。在此条件下，仅0.1g固定化HRP即可去除10mL模拟污水中70％以上的柴油污染物。
　　基于MWCNT/堇青石复合载体良好的比表面积及吸附性、良好的固定化酶性质以及较好的柴油去除率，MWCNT/堇青石复合载体的优秀之处得以证实。这种设计思路及其原理对于制备酶固定化复合载体提供了较为新颖的道路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 柴油污水

1．1．1 背景介绍

1．1．2 污染物形态

1．2 固定化酶

1．3．1 固定化酶优势

1．3．2 固定化方法分类

1．3．3 固定化载体

1．3 碳纳米管

1．3．1 碳纳米管简介

1．3．2 碳纳米管纯化

1．3．3 碳纳米管孔隙结构

1．3．4 自组装过程及其应用

1．4 新课题的开展

1．4．1 课题背景

1．4．2 研究重点

1．4．3 课题意义

1．4．4 课题内容

第二章 MWCNT／堇青石复合载体制备及表征

2．1 实验器材

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验原理

2．2．1 堇青石的预处理

2．2．2 MWCNT纯化

2．2．3 AEAPTS水解

2．2．4 MWCNT自组装过程

2．3 实验方法

2．3．1 堇青石预处理

2．3．2 MWCNT纯化

2．3．3 复合制备工艺研究

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 堇青石预处理工艺

2．4．2 酸化处理后堇青石EDS及SEM表征

2．4．3 酸化预处理前后堇青石红外表征

2．4．4 复合载体制备工艺研究

2．5 本章小结

第三章 HRP在复合载体上的固定化工艺研究

3．1 实验器材

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验材料

3．2 实验原理

3．2．1 HRP在复合载体上的固定化

3．2．2 考马斯亮蓝G-250法测定游离HRP浓度

3．2．3 Worthington法测定Hl冲活性

3．3 实验方法

3．3．1 游离HRP浓度测定

3．3．2 HRP活性测定

3．3．3 HRP固定化工艺优化

3．3．4 固定化正交优化

3．3．5 固定化HRP酶活与复合载体中MWCNT含量的关系

3．3．6 复合载体与堇青石对于HRP固定化结果的对比

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 温度对固定化酶活的影响

3．4．2 游离HRP浓度对固定化酶活的影响

3．4．3 环境pH对固定化酶活的影响

3．4．4 时间对固定化酶活的影响

3．4．5 正交试验分析

3．4．6 固定化HRP酶活与复合载体中MWCNT含量的关系

3．4．7 复合载体与堇青石载体固定化结果比较

3．5 本章小结

第四章 固定化HRP稳定性研究

4．1 实验器材

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．2 实验原理

4．3 实验方法

4．3．1 催化稳定性

4．3．2 酸碱稳定性

4．3．3 热稳定性

4．3．4 贮藏稳定性

4．3．5 重复使用性

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 催化稳定性

4．4．2 酸碱稳定性

4．4．3 热稳定性

4．4．4 贮藏稳定性

4．4．5 重复使用性

4．5 本章小结

第五章 固定化HRP除油性能研究

5．1 实验器材

5．1．1 实验仪器

5．1．2 实验材料

5．2 实验原理

5．3 实验方法

5．3．1 H2O2浓度标定

5．3．2 石油醚纯化

5．3．3 柴油浓度测定

5．3．4 固定化HRP催化含油污水

5．4 实验结果与讨论

5．4．1 复合载体吸附作用对于除油率的影响

5．4．2 温度对固定化HRP除油效果的影响

5．4．3 H2O2浓度对固定化HRP除油效果的影响

5．4．4 催化pH值对于固定化HRP除油效果的影响

5．4．5 用量对于固定化HRP除油效果的影响

5．4．6 停留时间对固定化HRP除油效果的影响

5．4．7 添加剂PEG对固定化HRP除油效果影响

5．4．8 柴油含量对固定化HRP除油效果的影响

5．4．10 固定化HRP在处理含油污水中的重复使用性能

5．5 本章小结

第六章 结论与设想

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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