固定化漆酶催化降解水中BPA的特性研究

2020-11-27 04:10王亚丽刘梦婷
山东化工 2020年21期
关键词:漆酶管中双酚

王亚丽,刘梦婷,梁 瑞

(宁夏师范学院化学化工学院,宁夏 固原 756000)

含酚废水已成为水体污染的主要来源之一,具有危害性大、污染范围广等特点[1]。双酚A,简称BPA,常被用来合成聚碳酸酯和环氧树脂等材料制造的塑料瓶、玻璃涂料、食品包装和奶粉罐内涂层[2]。双酚A的危害极大,会导致人体内分泌失调,从而影响着胎儿和儿童的身体发育。目前,在人的唾液、血液、尿液中也测出了双酚A[3]。因此如何有效的降解BPA 是我们面临的一个重大问题。

研究者开发了各种处理手段,目前主要的处理方法主要有Fenton 催化法、光催化降解法、微生物处理法、电化学处理法等[4-6],但这些方法在降解过程中仍存在一定问题,不能达到理想的效果,有的甚至会造成二次污染。近年来,漆酶因催化效率高、易获取、操作简单等特点,被广泛应用于水中酚类污染物的催化降解处理[7-8]。但是存在的问题是游离漆酶具有易失活、不可重复性等特点,致使其使用成本高,难以用于工业生产。漆酶的固定化技术可以克服游离漆酶的不足,极大地提高漆酶稳定性,降低使用成本[9]。固定化漆酶的方法有很多,如吸附法、包埋法、共价结合和交联等,研究表明,通过固定化后的漆酶可以保持较好的活性和稳定性。本文利用溶胶凝胶法制备磁性Fe3O4/SiO2复合材料,将其作为载体用于固定化漆酶,并研究了固定化漆酶对双酚A的去除效果。

1 实验部分

1.1 试剂仪器

双酚A、漆酶、30%的H2O2、磷酸缓冲液、三氯甲烷、氯化亚铁、氯化铁、聚乙二醇、甲苯、丙酮、四甲氧基硅烷(TMOS)、盐酸(36%-38%)、乙醇(95%)、戊二醛(50%)(AR,国药化学试剂有限公司)。

紫外可见分光光度计(UV-1700型,岛津国际贸易上海有限公司);数显 pH酸度计(实验室pH计(FE20),梅特勒-托利多仪器上海有限公司);扫描电子显微镜(SEM,JSM-6700F,日本)。

1.2 实验方法

1.2.1 漆酶的固定化

先利用溶胶凝胶法制备Fe3O4/SiO2复合粒子,后取该复合粒子0.2g加入磷酸盐缓冲溶液(10 mL)和戊二醛(9%(W/V))(10 mL)的混合液中,25℃恒温水浴反应6 h,得产物后用蒸馏水洗涤5次,真空冷冻干燥,得实验所需的磁性载体。称取25mg该Fe3O4/SiO2复合粒子,加入一定量pH为6.0的磷酸盐缓冲溶液,再加入一定浓度的漆酶溶液,在25 ℃下恒温水浴反应4 h,得固定化的漆酶,用pH 6.0的磷酸盐缓冲溶液洗涤三次后,4 ℃下保存。

1.2.2 确定BPA的特征吸收波长并绘制标准曲线

配置一定量的BPA溶液,以磷酸缓冲溶液为参比,利用紫外分光光度计,在170 nm~330 nm波长范围内扫谱。结果如图1所示,确定270 nm为BPA的特征波长。

图1 BPA的吸收波长

绘制BPA的标准曲线:配置如图2所示的7个不同浓度的双酚A溶液,在10.0 mL的反应管中采用移液枪分别加pH值为6的磷酸缓冲溶液4000 μL,双酚A溶液400 μL。25 ℃恒温5 min后,将一定量的不同浓度溶液加入比色皿在UV测定其在270 nm处的吸光度值。以吸光度—浓度作图,得出图2标准曲线。

图2 BPA的标准曲线

1.2.3 固定化漆酶催化降解双酚A的条件测定

在10.0 mL反应管中加入4000μL不同pH的磷酸缓冲溶液,400μL不同浓度的BPA溶液和一定量的固定化漆酶溶液,最后再加入200μL 2.0 mmol·L-1的H2O2溶液,在25℃下反应20 min,用UV测定其吸光度值,计算BPA的降解率[10]:η=(A0-At)/A0×100%

2 实验结果讨论

2.1 磁性Fe3O4/SiO2复合粒子及固定化漆酶后的结构

以 Fe3O4为磁核包覆SiO2后得到 Fe3O4/SiO2,然后将漆酶固定于Fe3O4/SiO2上,图3(a)为磁性Fe3O4/SiO2复合粒子的 SEM图,图3(b)为磁性复合粒子固定漆酶后的SEM图。由图看出,磁性Fe3O4/SiO2复合粒子呈现球形分布,部分粒子有团聚的现象。

图3 (a)Fe3O4/SiO2纳米粒子的SEM图(b)固定漆酶后的Fe3O4/SiO2纳米粒子的SEM图

2.2 温度对BPA降解率的影响

在7支10.0mL反应管中分别加入 pH值为7的缓冲溶液4000μL、1.0 mmol·L-1的BPA溶液400μL和 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液200μL,在不同的温度下,加3 mmol·L-1的H2O2入400μL,实验持续30 min,考察温度对BPA降解的影响。结果如图4所示,温度为25 ℃时,降解率为45.2%,温度对降解率的影响较大。

图4 温度对BPA降解率的影响

2.3 pH对BPA降解率的影响

同上在7支10.0 mL反应管中分别加入相同量不同 pH值缓冲溶液、BPA溶液和固定化的漆酶溶液,在25 ℃下加入相同量的H2O2,30 min后停止反应,计算pH对降解率的影响。结果如图5,反应液pH为5时,降解效果最佳,达52.4%,从图中可以看出,在酸性环境中BPA更易被降解。

图5 pH值对BPA降解率的影响

2.4 H2O2浓度对BPA降解率的影响

在8支10.0 mL反应管中分别加入相同的4000 μL的pH值为5的磷酸缓冲溶液、400 μL浓度为1.0 mmol·L-1的BPA溶液和200μL 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液,定温25℃下将相同量不同浓度的H2O2分别加入反应管中,30 min后停止反应,计算H2O2浓度对降解率的影响。将结果绘图。从图6可以看出,H2O2浓度对降解率的影响很大,该实验在H2O2为4 mmol·L-1时,降解率为61.3%,效果最佳。

图6 H2O2浓度对降解率的影响

2.5 时间对BPA降解率的影响

在其它条件不变情况下考察反应时间对降解率的影响,反应条件如上,在确定H2O2浓度为4mmol·L-1下,时间不定进行反应。考察时间点如图7所示,从图中可以得出,开始反应的前20 min,反应较快,在20 min时降解率达到最大值65.8%,之后随着反应时间的延续,降解率下降。

图7 时间对降解率的影响

2.6 BPA浓度对降解率的影响

同样在7支10.0mL反应管中分别加入pH值为5缓冲溶液4000 μL,后分别加入不同浓度的BPA溶液400 μL和 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液200μL,25 ℃下恒温,加入4 mmol·L-1的H2O2溶液400μL,反应进行20 min后停止,计算BPA浓度对降解率的影响。结果绘图,从图8中可以看出,在BPA浓度为2.0 mmol·L-1时,降解率最大为68.0%。

图8 BPA浓度对降解率的影响

2.7 加入表面活性剂对BPA降解的影响

有文献指出加入表面活性剂能有效提高酶催化对酚类物质的降解率。本实验采用聚乙二醇为表面活性剂,考察加入聚乙二醇对BPA降解率的影响。在7支10.0 mL反应管中分别加入 pH为5的缓冲液4000 μL,然后依次加入不同量的聚乙二醇,25 ℃下反应,加入4 mmol·L-1的H2O2400μL,反应进行20 min停止,考察BPA的降解情况。从图9可以看出当加入聚乙二醇的量为1.5 mg时,降解率最好为73%。

图9 表面活性剂用量对降解率的影响

3 结论

通过以上实验确定在一定条件下,固定化漆酶能够有效地催化降解水中的双酚A。当反应温度为25 ℃,pH值为5时,在BPA、H2O2浓度分别为2.0 mmol·L-1、4 mmol·L-1,加入1.5 mg聚乙二醇,固定化酶用量1.0 μg的条件下反应20 min,BPA降解率可以达到73%。

猜你喜欢
漆酶管中双酚
食品用塑料包装中双酚F和双酚S迁移规律的分析
睁大眼睛“看”清楚
睁大眼睛“看”清楚
睁大眼睛“看”清楚
以竹粉为基质固态培养虫拟蜡菌及其产漆酶条件研究
双酚A型氰酸酯泡沫塑料的制备与性能
聚甲基亚膦酸双酚A酯阻燃剂的合成及其应用
反相高效液相色谱法测定微量泵输液连接管中残留醋酸奥曲肽的浓度水平
青霉菌产漆酶的研究及在木质素降解中的应用
香灰菌传代对银耳栽培的影响