【摘 要】
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在工业应用中大量使用染料产生的废水,对人类健康和水环境造成了严重的影响。漆酶作为一种绿色生物催化剂,可对工业废水中的染料/有毒化学物质进行降解。然而漆酶的分子结构很容易受到外界环境的影响,而且游离的漆酶不可重复用、稳定性差、成本高、难分离。为了解决这些问题,选用合适的载体对酶分子进行固定化是有效的策略之一。磁性核壳介孔氧化硅和金属有机骨架材料具有孔径可调、毒性低、化学稳定性高、比表面积大等优势,是
【基金项目】
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National Nature Science Foundation of China （Nos.21576068,21276060, 21276062, and 21306039）； the Natural Science Foundation of Tianjin（16JCY-BJC19800）； the Natural Sc
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在工业应用中大量使用染料产生的废水,对人类健康和水环境造成了严重的影响。漆酶作为一种绿色生物催化剂,可对工业废水中的染料/有毒化学物质进行降解。然而漆酶的分子结构很容易受到外界环境的影响,而且游离的漆酶不可重复用、稳定性差、成本高、难分离。为了解决这些问题,选用合适的载体对酶分子进行固定化是有效的策略之一。磁性核壳介孔氧化硅和金属有机骨架材料具有孔径可调、毒性低、化学稳定性高、比表面积大等优势,是固定化酶的理想载体。本研究以磁性介孔氧化硅纳米花（SiO2@Fe3O4nanoflowers）、介孔氧化硅包覆的磁性多壁碳纳米管（Fe3O4-MWCNTs@SiO2）和ZIF-8包覆的多壁碳纳米管（ZIF-8@MWCNTs）为载体,分别采用共价结合法和吸附法固定漆酶。考察了固定化漆酶的制备条件、稳定性及催化性能,并与游离漆酶进行了比较。最后,研究了固定化酶和游离漆酶对偶氮染料的脱色效果。本研究主要包括以下三个方面:（1）以十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）为模板剂,Fe3O4为磁核,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,合成了SiO2@Fe3O4磁性介孔氧化硅纳米花。在550 oC下煅烧5 h去除模板剂。所得了SiO2@Fe3O4的比表面积、孔体积和孔径分别为518.252 m~2/g,0.502 cm~3/g和5.9nm。采用戊二醛为交联剂将漆酶固定在SiO2@Fe3O4纳米花上,制备固定化漆酶（Laccase-GA-SiO2@Fe3O4）。研究发现,65 oC和p H 4.0为Laccase-GA-SiO2@Fe3O4的最适温度和最适p H。Laccase-GA-SiO2@Fe3O4的p H、热、贮存和机械稳定性均比游离酶好。重复使用10次后,Laccase-GA-SiO2@Fe3O4活性仍能维持原有活性的83%。此外,对于酸性红88、铬黑T和活性黑5,Laccase-GA-SiO2@Fe3O4的脱色率分别为97%、98.3%和51%,均高于游离酶,有利于工业应用。（2）以CTAB为模板剂,Fe3O4-MWCNTs为基体材料,TEOS为硅源,合成了Fe3O4-MWCNTs@SiO2纳米复合材料。采用离子交换法去除模板剂CTAB。氮气吸附-脱附等温线显示,Fe3O4-MWCNTs@SiO2纳米复合材料的比表面积为428.1 m~2/g,介孔孔径为11.47 nm。用戊二醛作为交联剂将漆酶固定在Fe3O4-MWCNTs@SiO2中,得到一种稳定的固定化酶Laccase-GA-Fe3O4-MWCNTs@SiO2。研究发现,Laccase-GA-Fe3O4-MWCNTs@SiO2的最适温度和p H分别为60°C和3.0。与游离漆酶相比,Laccase-GA-Fe3O4-MWCNTs@SiO2在p H、热、贮存和机械稳定性方面均有所提高。重复使用10次后,固定化漆酶仍能保持原有活性的87%。研究了酶对酸性红88、铬黑T和活性黑5的脱色作用,固定化漆酶的脱色率分别为98%、99%和66%,均高于游离酶。（3）以Fe3O4-MWCNTs@SiO2纳米复合材料为模板,采用金属亲和吸附法制备了ZIF-8包覆的多壁碳纳米管（ZIF-8@MWCNTs）纳米复合材料。结果表明,所制备的ZIF-8@MWCNTs纳米复合材料的比表面积为328.778 m~2/g,孔体积为0.714 cm~3/g,平均孔径为4.149 nm。Laccase@ZIF-8@MWCNTs的最适温度和最适p H分别为60oC和p H 3.0。与游离酶相比,固定化酶在p H、热、贮存和操作稳定性等方面都有所提高。重复使用10次后,Laccase@ZIF-8@MWCNTs仍然保留了68%的初始酶活。对酸性红88和铬黑T的脱色方面,固定化漆酶的脱色率分别达95.6%和97.4%,均高于游离酶。
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