虽然我国工业源挥发酚的排放总量在逐年下降,但内陆水域挥发酚污染依然严峻,这不仅影响着水生系统的稳定,也对人类社会的健康发展造成了严重的威胁。因此,开发可有效去除或中和苯酚及其衍生物的技术是非常有必要的。氧化还原酶促生物法因同时具有微生物可将酚类化合物降解为无毒产物和可以克服污染物抑制作用的特点脱颖而出。加之酶固定化技术的兴起,使得该方法在环境污染控制中备受关注。然而,固定化酶构象变化及其与酶活性、与环境污染物相互作用的内在关联机制仍未得到阐明,一定程度上制约了固定化酶催化降解性能的提高及其在环境难降解有机污染物去除中的应用。本研究选择碳纳米材料为代表性载体,对辣根过氧化物酶（HRP）和漆酶这两种代表性氧化还原酶进行固定,并将其用于环境酚类难降解有机污染物的降解去除。运用扫描透射X射线显微成像、动态光散射、高分辨电镜、拉曼光谱、傅里叶红外光谱、圆二色光谱等技术来深入研究固定化酶的空间分布行为、活性及构象变化以及与酚类污染物的相互作用机制,并就表面活性剂对碳基氧化还原酶降解酚类污染物性能的影响进行研究,进而阐明碳基氧化还原酶的活性、构象变化及其与酚类污染物相互作用的机制。研究成果将为碳基固定化氧化还原酶的有效构建及控制环境难降解有机物污染对生态环境造成的不利影响提供理论依据和技术支撑。本论文主要分为以下三个部分:第一部分为氧化还原酶在碳纳米材料上的优化固定研究。以HRP和漆酶为研究对象,分别就酶浓度、p H、固定时间和温度等条件进行了优化,制备得到了高负载量和高酶活性的固定化氧化还原酶。固定条件因酶的种类、大小及表面电荷等性质的不同而变化,HRP在p H值为6的条件下具有最优催化活性,而漆酶的最优固定p H为4;最适温度也不同,漆酶在35°C时催化活性最高,而HRP的最适温度为25°C。因此,固定条件的优化要综合考虑载体和酶的物理化学性质。在最优固定条件下,以三维有序介孔碳（3DOm C）为载体,采用物理吸附方法制备得到的固定化HRP和漆酶的酶负载量更高,可分别高达4568 mg/g载体和3206 mg/g载体,相应的固定化酶活性分别为92.03%和68.64%,这主要得益于3DOm C优异的吸附性能和独特的孔道结构。虽然共价固定化HRP和漆酶的负载量和酶活性较低,但未发生固定化酶脱落的现象。这为高性能固定化氧化还原酶的构建提供了理论依据。第二部分为碳基固定化氧化还原酶的催化活性及构象变化研究。在第一部分的基础上,重点考察并对比分析了固定条件、固定方法、载体的物理化学性质以及酶的种类对固定化酶催化活性的影响,并采用扫描透射X射线显微成像、傅里叶红外光谱和圆二色光谱等表征技术对载体上酶的空间分布特征及构象变化进行了详细研究。羧基官能团的引入在提高碳纳米载体材料亲水性和Zeta电位的同时减小了其水力直径,使其更有利于固定化HRP催化性能的提高。虽然聚乙烯亚胺（PEI）的嫁接可以提高HRP的固定量,但因底物扩散阻力的增加导致催化活性降低。同时发现,分子尺寸更小的HRP更适宜在9 nm孔径3DOm C上固定,而漆酶在15 nm的大孔径3DOm C上有更佳的催化性能。HRP和漆酶被固定后与底物的亲和力降低;同时,HRP酶蛋白的二级结构中α-螺旋减少,β-转角增加,而漆酶的蛋白分子二级结构中β-折叠增加。这有助于高性能固定化酶催化剂的合理设计和开发。第三部分为碳基固定化氧化还原酶与环境中酚类污染物的相互作用机制研究。在前面两部分的基础上,以环境中难降解酚类污染物为处理对象,分别考察了固定化HRP和漆酶对水体及河湖底泥中酚类化合物的催化降解性能,并讨论了不同类型表面活性剂对底物降解效果的影响。研究发现磁性固定化HRP不仅克服了游离HRP易失活这一问题,还显著提高了其热稳定性、储存稳定性及易分离循环利用性;其在苯酚降解去除中也具有明显的优势,在4 h内可去除80.2%的苯酚,这是3DOm C吸附性能和HRP催化性能协同作用的结果。阴离子表面活性剂鼠李糖脂（Rha）和非离子型表面活性剂烷基多糖苷（APG）均可提高漆酶的催化活性,尤其是对固定化漆酶,这是因为表面活性剂与酶的相互作用改变了酶的构象,使得固定化过程中失去自由度的酶活性位点重新暴露出来,同时增强了酶与底物的亲和力。在表面活性剂对漆酶催化活性和苯酚增溶性的促进,以及载体碳材料3DOm C强富集性能的共同作用下,固定化漆酶对苯酚的降解去除性能也显著提升,对50-400 mg/L浓度范围内苯酚溶液的去除率均在88%以上。固定化HRP和漆酶对水和底泥介质中的2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）具有显著的降解去除作用,尤其是固定化HRP,对水中2,4-DCP的去除率可达81.3%,100 mg的固定化HRP在30天内可将底泥中2,4-DCP的浓度从97.5 mg/Kg降到28.8 mg/Kg。固定化漆酶可均匀分布在底泥介质中并未出现严重的团聚现象,且有效提高了底泥中漆酶的局部浓度,进而促进了其中2,4-DCP的降解去除。固定化酶在河湖底泥有机污染修复中的应用不会造成河湖环境p H值的变化,还可有效提高底泥中有机质的含量。这不仅对推动固定化酶用于河湖底泥难降解有机污染修复技术的进步有显著的指导意义,也为有效控制河湖底泥难降解有机污染对生态环境造成的不利影响提供理论依据和技术支撑。