论文部分内容阅读
本文借助陶瓷高稳定性,高机械强度等优点,通过掺杂各类金属,烧结制得高活性功能化金属陶瓷(MCP),分别应用于生物分子螯合吸附后的催化与纯化,臭氧催化氧化处理生活污水,以及重金属离子的分离及再利用等多类体系,具体包括:以MCP为载体高效固定化淀粉酶、脂肪酶等工业酶制剂并开展生物催化应用;以MCP为基质经螯合吸附,实现酪蛋白磷酸肽(CPPs)的富集纯化制备;以MCP为催化剂催化臭氧快速深度氧化难降解有机物,实现船舶生活污水的高效处理;去除重金属污染物,通过制备MCP实现重金属离子的再利用,主要结果如下:1.以掺杂铜的金属陶瓷作为淀粉酶的固定化载体(Cu-MCP),通过Cu2+对淀粉酶的特异性螯合作用,将淀粉酶固载于Cu-MCP表面,制得酶活收率为54.5%的固定化淀粉酶(Cu-MCP-amylase);Cu-MCP-amylase的最适催化温度为70oC,最适pH为7.0,最适应用范围和热稳定性,均较游离酶有所提高;Cu-MCPamylase在柱式反应器内具有高效催化淀粉水解制备还原糖的能力,当填充高度为18.0cm,停留时间为1.61min时,淀粉底物可获得81.94%的转化率。2.以掺杂镍的金属陶瓷作为脂肪酶的固定化载体(Ni-MCP),利用镍离子对脂肪酶的特异性螯合与激活作用,制得酶活收率为216%的固定化脂肪酶(NiMCP-lipase);Ni-MCP-lipase的最适催化温度为40oC,最适pH为6.0,贮存稳定性和热稳定性较游离酶均明显提高;Ni-MCP对脂肪酶展现出良好的生物亲和性和激活作用,在Ni-MCP-lipase加入量为3.0g,反应温度为35oC,酸醇比为2:1的15.0m L反应体系中,可以催化酸醇直接合成乙酸肉桂酯,并获得62.56%的收率,而游离酶几乎无催化此反应的能力。3.基于固定金属亲和层析技术,以掺杂钛的金属陶瓷(Ti-MCP)为富集材料,对酪蛋白酶解液经螯合吸附,分步洗脱等步骤高效富集制得酪蛋白磷酸肽(CPPs);当酪蛋白酶解物与金属陶瓷质量比为1:10时,1g金属陶瓷可以富集制备78mgCPPs,制备收率为78%,且Ti-MCP具有优异的稳定性,重复利用10次后,CPPs的制备收率仍超过75%;表明掺杂钛的金属陶瓷是一种具有较大比表面积,优异机械性能及高稳定性的陶瓷富集材料,可以高效重复纯化CPPs,具有传统制备方法所不具备的优势。4.以高稳定性金属陶瓷(Ni-MC,Ti-MC)为催化剂,可将臭氧催化分解为羟基自由基,深度氧化船舶生活污水中的难降解有机物,快速降低污水的COD指标:对于Ni-MC,在1小时内COD由600降低至222,COD去除率达到63%;对于Ti-MC,设计了电芬顿-臭氧催化氧化组合工艺快速处理生活污水,2h内两步法分别获得53.2%和51.7%的COD去除率,COD由1200降低至271,总体COD去除率为77.4%。且Ti-MC重复使用10次后,几乎无金属离子泄露,COD去除率仅从51.7%降低至48.7%;表明掺杂Ni或Ti的金属陶瓷是一种催化活性高,性质稳定的催化剂,可以高效、重复用于生活污水的快速、深度处理,较传统臭氧催化氧化过程中的催化剂具有特殊优势。5.壳聚糖和三聚磷酸钠反应生成的壳聚糖纳米颗粒对溶液中的重金属同时具有吸附和包埋作用,可将工业上常见的铬、镍等重金属污染物从水体中去除:Ni2+的去除率为99.4%,Cr3+的去除率为97.5%,Cr2O72-的去除率为81.2%;将壳聚糖分离的重金属污染物与陶瓷基质混烧,制得金属陶瓷[Ni-CP,Cr(III)-CP,Cr(VI)-CP];Ni-CP通过激活、螯合可实现脂肪酶的固载,酶活收率为164%;Cr(III)-CP和Cr(VI)-CP可以催化葡萄糖转化为重要平台化合物5-羟甲基糠醛,转化率85%,收率60%。上述工艺不仅能将重金属离子从水体中分离,而且还可将重金属离子固定于陶瓷内,制得金属陶瓷的同时,避免再次泄露,实现重金属污染物的资源化利用。