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多溴联苯醚(PBDEs)作为常用的阻燃剂被添加到各种工业材料中,废弃工业材料的处理不当导致了此类物质在环境中的广泛存在。多溴联苯醚的物理化学性质稳定,并且具有生物累积性及内分泌干扰性,因此,它的存在对整个生态系统构成了极大的威胁。白腐菌及其分泌的过氧化物酶系能够高效催化降解类木质素结构,被广泛的应用于木质素的矿化以及工业染料的脱色等。
本研究首先优化了白腐菌的培养条件和木质素过氧化物酶(LiP)活性测定方法;选择低溴代的4,4-二溴联苯醚(BDE-15)作为研究对象,研究了在水溶液中纯化的LiP对BDE-15的催化去除作用,并且考察了黎芦醇、环糊精和天然有机质对LiP去除BDE-15的影响。
研究结果主要概括如下:
(1)经过比较实验,选择了灵敏度更高的Azure B染料法作为酶活的测定方法。相比较静置培养而言,振荡培养条件下可以获得更高的LiP活性,在培养的第8天,酶活性达到最大值2802.9U/L。通过对白腐菌Phanerochaete chrysosporium的培养基中藜芦醇(VA)和Mn2+浓度的调整,实现了LiP与MnP两种酶的分离,为LiP的纯化提供了理论准备。
(2)考察了纯化的LiP对BDE-15的去除作用,去除反应在水相中进行,反应体系包括BDE-15,LiP,藜芦醇(VA),过氧化氢(H2O2)。在30分钟的反应时间内,LiP对BDE-15的平均去除效率接近50%。此外,去除效率还受反应体系pH值,LiP活性,VA初始浓度和H2O2初始浓度的影响。
(3)当反应体系中有羟丙基-β-环糊精(HPCD)存在时,会促进LiP对VA的氧化,即短时间内增加LiP的活性,但在降解反应动力学实验中没有发现HPCD对BDE-15的去除有明显的促进作用。酶促反应动力学实验的结果显示,HPCD的添加对反应的米氏常数影响不大。由此推断出,HPCD在反应初始阶段增强了LiP活性,并且在一定程度上延长了酶活性的保持时间,其影响还有待进一步的研究。
(4)自然环境中广泛存在的天然有机质(NOM)会影响多种有机污染物的迁移和转化。当反应体系中有NOM存在时,NOM会和体系中的VA发生竞争抑制作用,从而抑制LiP对VA的氧化;并且这种抑制作用随着NOM浓度的升高而增强,LiP活性和LiP对BDE-15的去除效率也随之降低。酶促反应动力学实验的结果显示,NOM的加入使kM值从286.1增加到716.7,说明NOM抑制了LiP与底物BDE-15的结合。
(5)通过在反应过程中补加LiP和H2O2的连续处理实验,实现了对BDE-15的完全去除,为LiP在工业废水处理中的应用提供了理论基础。