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辣根过氧化物酶在改性陶瓷载体上固定化及其在含油废水治理中的研究

作　者: 王伟宸
导　师: 刘伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 含油废水辣根过氧化物酶固定化多孔陶瓷催化氧化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以堇青石多孔陶瓷为载体,用偶联剂N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AEAPTS)对陶瓷表面改性,共价结合法和交联法两种方法联用将辣根过氧化物酶(HRP)固定于改性陶瓷载体上,之后用固定化HRP处理含柴油的模拟水样。研究了多孔陶瓷的表面改性,并对其工艺条件进行了优化。结果表明,用2.5 mol/L的盐酸对陶瓷进行预处理,最佳改性条件为AEAPTS质量分数为15.0%、温度为70℃、pH为4.5、改性时间为3.5 h。在此条件下1g陶瓷与AEAPTS的最大结合量为2.13 g。考察HRP固定化过程的最适宜工艺条件。其最适条件为,约0.1g改性陶瓷,在2.5%的戊二醛溶液中活化0.75 h,之后加入到5.0 mL 0.1mg/mL的HRP溶液(pH为7.5)中,在4℃下固定18 h。此条件下固定化效果最好,固定化HRP的酶活为1379.4 U／g,通过测定固定化前后的蛋白含量得到固定化效率为46.4%,每g载体上固定HRP 1.16mg。之后研究了固定化HRP的酶学性质,并与游离HRP进行对比。固定化HRP的酸碱稳定性较游离HRP有很大的提高。固定化HRP重复使用10次后仍有60%以上的活力。固定化和游离HRP在4℃下储存30天后,固定化HRP活力为原来的90.6%,而游离HRP活力只有原来的54.7%。最后,将固定化HRP应用于含柴油水样的处理,实验所得的最适工艺条件为：当水样中柴油浓度为122 mg／L时,固定化HRP的用量为0.69g,H2O2浓度为564.92 mg/L,在pH 7.0、25℃下搅拌3 h,除油率可以达到83.13%。当添加的聚乙二醇(PEG)浓度为19 mg／L时,除油率可达到93.64%。并且研究了金属离子对除油率的影响,Fe2+、Zn2+、Mg2+离子对固定化HRP酶促反应有促进作用,而Cu2+、Mn2+离子对催化氧化反应有一定的抑制作用,Ca2+离子对除油率的影响不大。固定化HRP可重复多次使用,在重复使用八次以后,催化氧化柴油的除油率仍能达到35%以上。固定化HRP催化处理柴油的反应仍属于乒乓机制,不同的H2O2浓度条件下,固定化HRP酶促反应动力学参数Km/Vmax相差不多,为14.4min；在不同的柴油浓度下,固定化HRP催化氧化H2O2反应的动力学参数Km相差不多,米氏动力学常数Km为10.312 mg/L; H2O2对固定化HRP仍然有抑制作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
前言  17-19
第一章综述  19-29
  1.1 含油废水的来源及危害  19
  1.2 含油废水中油的存在状态  19
  1.3 含油废水处理的常用方法  19-21
    1.3.1 物理法  19-20
    1.3.2 化学法  20
    1.3.3 物理化学法  20-21
    1.3.4 生物化学法  21
  1.4 近年来含油废水的处理方法  21-22
    1.4.1 磁吸附分离法  21-22
    1.4.2 膜分离法  22
    1.4.3 酶技术  22
  1.5 固定化酶的研究现状  22-27
    1.5.1 酶的固定化方法  22-24
    1.5.2 固定化酶载体的选择  24-26
    1.5.3 固定化酶在废水处理领域的应用  26-27
  1.6 本研究的来源、意义和内容  27-29
    1.6.1 课题的来源  27
    1.6.2 问题的提出  27
    1.6.3 研究意义  27-28
    1.6.4 研究内容  28-29
第二章多孔陶瓷的表面改性及其工艺条件研究  29-39
  2.1 实验材料与仪器  29-30
    2.1.1 实验材料  29
    2.1.2 实验仪器  29-30
  2.2 实验原理  30
    2.2.1 盐酸对陶瓷的预处理  30
    2.2.2 硅烷的改性作用  30
  2.3 实验方法  30-31
    2.3.1 陶瓷的改性过程  30-31
    2.3.2 改性剂消耗量的测定  31
    2.3.3 改性陶瓷表面分析  31
  2.4 结果与讨论  31-36
    2.4.1 多孔陶瓷的性质  31
    2.4.2 改性陶瓷红外光谱分析  31-32
    2.4.3 陶瓷表面改性验证  32-33
    2.4.4 改性工艺条件的确定  33-36
  2.5 本章小结  36-39
第三章改性陶瓷固定辣根过氧化物酶工艺条件的研究  39-51
  3.1 实验材料与仪器  39-40
    3.1.1 实验材料  39
    3.1.2 实验仪器  39-40
  3.2 实验原理  40
  3.3 实验方法  40-42
    3.3.1 戊二醛的活化  40-41
    3.3.2 HRP的固定化  41
    3.3.3 固定化HRP酶活的测定  41
    3.3.4 固定化效果评价  41-42
    3.3.5 蛋白质含量的测定  42
  3.4 结果与讨论  42-49
    3.4.1 两种改性载体固定HRP效果的对比  42-43
    3.4.2 pH对固定化HRP活力的影响  43-44
    3.4.3 HRP质量浓度对固定化HRP活力的影响  44-45
    3.4.4 戊二醛浓度对固定化HRP活力的影响  45-46
    3.4.5 戊二醛活化时间对固定化HRP活力的影响  46
    3.4.6 温度对固定化HRP活力的影响  46-47
    3.4.7 时间对固定化HRP活力的影响  47-48
    3.4.8 最适条件下载体固定HRP的质量  48-49
  3.5 本章小结  49-51
第四章固定化辣根过氧化物酶性质的研究  51-59
  4.1 实验材料与仪器  51
    4.1.1 实验材料  51
    4.1.2 实验仪器  51
  4.2 实验原理  51-52
    4.2.1 固定化酶的最适pH  52
    4.2.2 固定化酶的稳定性  52
  4.3 实验方法  52-53
    4.3.1 考察固定化HRP和游离HRP的最适pH  52-53
    4.3.2 考察HRP的稳定性实验  53
    4.3.3 固定化和游离HRP的酶活测定  53
  4.4 结果与讨论  53-57
    4.4.1 固定化HRP与游离HRP最适pH的对比  53-54
    4.4.2 固定化HRP的酸碱稳定性  54-55
    4.4.3 固定化HRP的操作稳定性  55-56
    4.4.4 固定化HRP的储存稳定性  56-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章固定化辣根过氧化物酶处理含油废水工艺条件的研究  59-77
  5.1 实验试剂与仪器  59-60
    5.1.1 实验材料  59-60
    5.1.2 实验仪器  60
  5.2 实验原理  60-62
    5.2.1 HRP催化氧化有机物的原理  60-61
    5.2.2 聚乙二醇对HRP的保护原理  61
    5.2.3 固定化酶催化反应动力学  61-62
  5.3 实验方法  62-64
    5.3.1 H_2O_2浓度的标定  62
    5.3.2 固定化HRP催化含油废水  62-63
    5.3.3 柴油浓度的测定  63
    5.3.4 除油率的测定  63-64
  5.4 结果与讨论  64-76
    5.4.1 pH对除油率的影响  64-65
    5.4.2 H_2O_2质量浓度对除油率的影响  65-66
    5.4.3 固定化HRP用量对除油率的影响  66
    5.4.4 温度对除油率的影响  66-67
    5.4.5 反应时间对除油率的影响  67-68
    5.4.6 金属离子对除油率的影响  68-69
    5.4.7 PEG对除油率的影响  69
    5.4.8 操作次数对除油率的影响  69-70
    5.4.9 陶瓷吸附对除油率的影响  70-71
    5.4.10 游离HRP和固定化HRP处理含油废水的效果及成本比较  71-72
    5.4.11 固定化酶酶促反应动力学及米氏常数的测定  72-75
    5.4.12 固定化HRP与固定化漆酶除油效果对比  75-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章结论与建议  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-85
研究成果及发表的学术论文  85-87
作者和导师简介  87-89
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  89-90

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