基于纳米复合载体的过氧化物酶原位交联与催化染料降解

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本论文用纳米复合材料(ZnO NWs/SiO2)为载体,阴离子双环氧化合物为交联剂,采用原位交联法固定过氧化物酶(包括氯过氧化物酶和辣根过氧化物酶)。将所得到的纳米生物催化剂应用于催化偶氮染料的降解。1.采用原位交联法将氯过氧化物酶(CPO)固定在新型ZnO纳米线/大孔SiO2纳米复合载体上。首先合成了阴离子双环氧化合物,并将其作为阴离子交联剂。在交联固定酶之前,阴离子双环氧交联剂先吸附在ZnO纳米线表面,然后与CPO发生交联反应后通过静电相互作用固定在纳米复合载体上。这是一种新方法来改变CPO的交联酶聚集体(CLEAs)的结构,性能和催化性能。固定化CPO在催化三种偶氮染料的脱色中显示出高的催化活性。对各种条件(如CPO负载量,溶液pH,温度和染料浓度)对偶氮染料降解率的影响进行了优化实验。在最适条件下,酸性蓝113,直接黑38和酸性黑10 BX的脱色率分别高达95.4%,92.3%和89.1%。与游离CPO相比,固定化CPO对溶液pH和温度有更好的耐受性,而且储存稳定性和重复使用性也得到大大提高。脱色酸性蓝113后发现,在4°C下储存60天后,仍然能够保持初始活性的83.6%,再重复使用12次后仍然有79.4%的脱色效率。2.将氯过氧化物酶(CPO)和辣根过氧化物酶(HRP)用原位交联法共固定化在ZnO NWs/SiO2复合载体上。在交联固定酶之前,阴离子双环氧交联剂先吸附在ZnO纳米线表面。在溶液pH为6.5,反应温度15°C,的最适宜条件下进行交联反应,反应时间为15小时。通过改变CPO和HRP的初始浓度可以调节CPO和HRP的负载比例。最佳的负载条件是:用CPO和HRP浓度为1/1共固定时,负载量分别为79.6 mg CPO/g载体和52.8 mg HRP/g载体,总比活性高达15.7 U/mg载体。在偶氮染料脱色的过程当中,共固定化的CPO(60%)/HRP(40%)在很宽的溶液pH,温度和H2O2浓度范围内保持较高的催化活性。通过使用这种稳定且高效生物催化剂,在反应3小时内完成了酸性蓝120和直接黑38的完全脱色。共固定化酶在贮存60天后,也显示出良好的稳定性,并且在重复使用20次时仍具有优良的催化活性。
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