漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜对水中雌二醇的降解及优化

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雌激素(EDCs)是广泛存在于环境、食物和消费产品中的一种污染物,这些化学物质会干扰生物体的内分泌系统以及对内分泌信号产生反应的器官的发育,干扰激素的合成和代谢,导致体内内分泌的失衡和生殖系统的病变。雌二醇(E2)是EDCs中一种毒性极强的污染物,即使是每升毫微克水平的E2,对人体和环境都有极大的影响。因此对于水体中的雌二醇(E2)的有效降解非常重要。利用酶生物催化技术相比于物理和化学的降解手段,更有专一性和环境友好性,并且反应迅速。漆酶(Laccase)是一种底物广泛的氧化性酶,为了弥补游离漆酶易失活和难以回收的缺点,可以利用酶固定化技术,在提高酶的稳定性和活性的同时,也提高了重复利用性,使漆酶催化过程更具经济效益。纤维素滤纸是一种绿色环保,廉价易得的大孔纤维素材料,不仅具有高度的亲水性,还易于修饰。生物炭(BC)具有大量的孔和较大的比表面积,是常见的酶固定材料,经过水热还原处理之后,得到的纳米生物炭(HBC)的介孔增多,比表面积增大,更适于酶的固定。本研究采用纤维素滤纸与纳米生物炭的复合材料作为载体,制备了漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜(CS-HBC-MP/Lac),用于水中雌二醇的去除,研究了其去除效能以及机理,探究了固定化漆酶的催化活性,热稳定性,酸碱稳定性,储存稳定性以及重复利用性。该研究为固定化漆酶去除水中雌二醇(E2)提供了理论基础和技术支持。通过对上述研究得出的结论:(1)通过吸附、共价连接、沉淀、交联的方法,成功的将大量漆酶固定在易于分离的纳米生物炭滤纸复合材料上,得到的漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜(CS-HBC-MP/Lac)具有7.96m U/cm2的酶活性。通过扫描电镜、能谱分析证实漆酶固定化成功。通过和游离漆酶的比较,固定化漆酶具有更宽的p H以及温度工作范围,稳定性得到了提升。(2)由于壳聚糖与纳米生物炭提供的微环境,漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜(CS-HBC-MP/Lac)可以干燥保存,在-20℃的冷冻环境中超过60天后能保持95%以上的酶活性,在4℃的环境中超过三十天仍能够保持85%以上的酶活性。(3)漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜(CS-HBC-MP/Lac)在p H为5,温度为40℃时对E2表现最高的催化活性。漆酶固定化壳聚糖/纳米生物炭改性膜(CS-HBC-MP/Lac)可以在10min内对E2的去除率达到93%以上,同时在使用十次以后对E2的去除率仍然在90%以上。
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