利用辣根过氧化物酶催化氧化处置氯酚废水

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酚类化合物是一类重要的环境污染物,含酚废水是当今世界上危害程度大、污染范围广的工业废水之一。在煤气、焦化、炼油、冶金、机械制造、石油化工、化学有机合成工业、塑料、医药、农药、油漆等工业排出的废水中均含有酚类化合物。在过氧化氢(H2O2)存在时,辣根过氧化物酶(HRP)催化氧化酚类化合物生成不溶于水的高聚物,后者可通过离心或者沉淀去除。近年来,利用HRP去除酚类污染物引起了科学家们的关注。本论文以环境中普遍存在的氯酚类化合物为底物,对HRP降解氯酚化合物的机理和新方法进行了研究,主要内容包括以下两个部分:  (1) HRP催化氧化降解2,4-二氯酚(2,4-DCP)、4-氯酚(4-CP)和2-氯酚(2-CP)。在25℃、pH6.4、H2O2浓度0.5 mmol L-1的条件下,初始浓度为900μg L-1的HRP在2小时内对浓度为0.3 mmol L-1的三种氯酚化合物的去除率分别为84.7%(2,4-DCP),52.3%(4-CP)和26.7%(2-CP)。对中间产物进行了分析并同时测定了反应前后的总有机碳含量。基于气质联用(GC-MS)的检测结果推测了三种氯酚化合物的去除途径。根据实验探讨结果,HRP对三种氯酚去除率存在差异的主要原因有:?底物与HRP的结合作用强度不一样,?HRP对三种氯酚的去除途径不一样,?反应过程中的沉淀的生成速率不一样。另外,还发现将三种氯酚等比例混合时,如果利用HRP来去除,混合之后4-CP与2-CP的去除率都有所提高。  (2)考虑到氧化石墨烯(GO)与四氧化三铁(Fe3O4)都具有类酶的催化活性,采用反相共沉淀方法制备了GO/Fe3O4磁性纳米复合材料。将GO/Fe3O4与自然酶HRP组合为双酶体系,在H2O2浓度为0.7 mmol L-1、温度25℃、pH6.4的磷酸缓冲溶液中,催化氧化浓度为50 mg L-1的2,4-DCP。单独的HRP与GO/Fe3O4体系对2,4-DCP的去除率分别为35%和9%。当两种催化剂共同作用于2,4-DCP时的去除率到达93%。这证明两种催化剂之间产生了很强的协同效应。实验对pH值、温度以及HRP、GO/Fe3O4和H2O2初始浓度进行优化。采用GC-MS监测了HRP-GO/Fe3O4催化体系对2,4-DCP去除过程中的中间产物。在外加磁场的作用下,可以将GO/Fe3O4复合物与溶液快速分离。另外,对GO/Fe3O4进行循环使用4次循环之后,催化剂还保持很高的催化活性。
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