社会的快速发展加剧了全球水污染的进程,随着人们对于淡水安全的日益重视,如何解决水体污染问题已成为众多研究的热点之一。水体中的主要污染物包括重金属离子、抗生素等,其中染料严重危害了生态环境。如何高效安全的处理水中染料是亟待解决的问题。随着废水处理技术的发展,生物降解被认为是一种对环境友好的处理方式。漆酶由于其高活性、特异性且无污染的优势,成为环境应用的优良生物催化剂。然而,漆酶在应用中容易失活且难以回收利用,造成了成本高昂的问题,为了解决这一难题,本文以腐殖酸作为生物质原料,制备出了一种孔隙结构发达、官能团丰富的生物炭(PCFA),并将其作为载体,采取共价结合法来固定化漆酶,从而提高漆酶的利用效率。本研究选择合成染料亮绿(Brilliant Green,BG)为模型污染物,以腐殖酸基生物炭固定化漆酶为研究对象,考察了其对染料的去除效率,主要的研究内容和结论如下:(1)本研究选用腐殖酸(FA)为生物质原料,最佳制备条件为:炭化温度为600℃,碳化时间为60 min,以Na OH为活化剂,碱炭比为4:1、活化温度为700℃、活化时间为60 min。制备出的腐殖酸基生物质炭材料(PCFA)具有较大的比表面积(2922 m2 g-1)和较高的总孔体积(1.8 cm3 g-1)。随后采用了SEM、BET、FTIR、XRD、Raman、XPS和Zeta电位等一系列表征测试对生物质炭材料进行了表征,结果表明,PCFA主要由C、O、N三种元素组成,表面有大量的含炭、含氧的官能团。(2)以高产漆酶的疣孢漆斑菌为工程菌株,将其接种到发酵培养基中,最终确定酵培养基的最佳条件为接种量1%、温度30℃、p H为5,测得漆酶酶活为1757.28 U L-1。将发酵液离心,此时得到的上清液为粗酶液,进行硫酸铵沉淀和50 KDa超滤管两步纯化。最终的比活力为10.36 U mg-1、纯化倍数为2.76、回收率11.05%。最后,将纯化后的蛋白进行SDS-PAGE检测,显示单一条带,已去除其他杂质,分子量为65 KDa左右,得到了纯化的漆酶。(3)以PCFA为固定化载体,将漆酶采用共价结合法进行固定化,对固定化时间、酶剂量、缓冲液p H三种单因素条件优化实验和三因素三水平正交实验,最终确定最佳固定化条件为:时间150 min,酶剂量4 U m L-1,p H值5.0,此时漆酶酶活回收率为85%。对游离漆酶和固定化漆酶的稳定性进行了测试,包括p H稳定性、温度稳定性、储存稳定性,结果表明固定化漆酶的稳定性明显高于游离漆酶的稳定性。接着对固定化漆酶进行了SEM和FTIR表征测试,证明漆酶成功的固定在炭材料上。(4)以合成染料亮绿(BG)为模型污染物,染料初始浓度250 mg L-1时,PCFA吸附的BG去除率为59.4%,游离漆酶的BG去除率为44.5%,固定化漆酶的BG去除率为82.5%,去除率得到了明显提升,吸附和生物降解综合利用去除染料BG的效果更好。固定化漆酶循环5次后,BG去除率仍能达到初始值的65.3%。
