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漆酶-介体系统降解工业废水中酚类污染物的效能及酶膜反应器构建

文章出处:人气: 发表时间:2021-03-14 00:00

  酚类化合物是煤化工、塑料和树脂生产废水中常见的高毒性污染物。漆酶是一种多铜氧化酶,能够利用分子氧作为终端电子受体,催化氧化多种芳香族化合物,最终产物仅为水。然而,漆酶的氧化还原电位较低,对一些含有吸电子基团(如氯代酚)的顽固酚类降解缓慢。在反应体系中加入一类被称为“氧化还原介体”的小分子化合物(如丁香醛),能够显著扩展漆酶的底物谱和提高反应速率。这些介体被漆酶氧化后,生成高活性的稳定自由基,作为可扩散的“电子穿梭体”去远距离氧化那些由于空间位阻等原因无法直接接触漆酶活性中心的顽固底物。

  本研究首先考察了游离LMS对几种典型酚类的降解。结果表明,对于苯酚,漆酶单独即可高效催化降解。但对于4-氯酚和2,4-二氯酚,漆酶单独几乎无效。而加入天然介体丁香醛后,降解速率提升了数十倍,可在数小时内将高浓度的氯代酚完全去除。LC-MS鉴定出氯化苯醌是关键的中间产物,说明介体的加入将氯代酚的氧化路径从缓慢的酚羟基氧化,切换为快速的形成苯氧自由基路径。

  为推进该技术的实用化,通过多巴胺粘附法将漆酶固定化在PVDF中空纤维超滤膜的内壁,构建了酶膜反应器(EMR)。处理含酚模拟废水的连续实验表明,固定化漆酶-介体系统在连续运行7天后,对苯酚的去除率仍维持在85%以上,操作稳定性远优于游离酶。反应器连续运行21天,出水中始终未检测到漆酶泄漏。与未固定的系统相比,EMR实现了反应与分离的一体化,将酶高效截留在反应器内持续作用,产物可以连续排出。不过,随着运行时间延长,膜表面出现了由酚类聚合物和失活酶蛋白构成的轻微污染层。该研究展示了将漆酶-介体系统与膜分离技术集成的EMR,为工业含酚废水提供了一条绿色的生物催化处理新途径。

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