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固定化漆酶处理染料废水的研究进展

文档作者：王美银张新颖汤真平文档来源：福州大学环境与资源学		点击数：	更新时间： 2024年07月06日
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固定化漆酶处理染料废水的研究进展
王美银张新颖汤真平
(福州大学环境与资源学院福建福州350108)
摘要漆酶的固定化是最具有发展前景的前沿生物技术之一。综述了漆酶及其固定化的多种方法，说明了固定化漆酶在
染料废水中高效处理的效果，并展望了固定化酶的应用前景。
关键词染料废水漆酶固定化技术
中图分类号：X79 文献标识码：A 文章编号：1672-9064(2017)03—085—03
我国是生产染料的大国。据报道，在2010年我国染料产
量就达到75．6万t，占世界染料总产量的60％．居世界产量
之首。但每产生It的染料。就相应的产生744m3废水。印染
废水的排放总量占纺织行业废水排放总量的80％．而且其
废水中所含污染物的量也很大．在生产和使用过程中约有
10％～20％的染料释放到水体中⋯。染料废水中的有机物会迅
速消耗水体中的溶解氧，还会使水体发生富营养化，危害水
中动植物的生长；同时，染料废水还会使水体着色，严重破坏
水体的自然生态链，大大降低了水体的经济价值。目前染料
废水的治理率还不足30％．究其原因是染料废水本身具有
的成分复杂和毒性较强等特点。
染料废水主要包括印染生产废水和印染工业废水。目
前。染料主要以芳烃和杂环化合物为母体．带有显色基团和
极性基团。含油各种浆料、浆料分解物、纤维屑、淀粉碱和各
种助剂的退浆废水，结构日趋复杂，性能也越来越稳定，这也
使得染料废水已然成为废水处理中的一大难题[2]。其废水中
含有的大量有机物和盐分，具有色度深，组分复杂．高浓度的
COD和BOD等特点。水质变化和生物毒性大使其难生物降
解．而且废水中含有多种导致“三致”性能的有机物．给环境
带来了严重污染。物理法、化学法及生物法是染料废水的常
规处理方法，如表1所示[3]。物理化学法的处理效果好．但成
本较高，反应条件要求高，易产生二次污染。而生物法因为其
处理费用低、二次污染排放少、对有机物的去除效率高、工艺
稳定等特点以及具有将有机物污染物转化降解为各种无机
盐、H：0和CO：的能力，成为在印染废水处理中的主要技术。
生物酶作为一种高效催化剂．与传统的生物处理相比有着不
可比拟的优势。在比较温和的条件下．生物酶能够迅速催化
降解污染物．使废水中的有机物大分子最终分解成无机物小
表1染料废水的各种处理方法
分子．或者转化为后续生物处理能够利用到的营养物质及原
生质等。废水经生物酶法处理后，其可生化性大大提高。更加
有利于后续的深度处理。
本文概述了漆酶及其固定化的方法．总结了各种方法在
处理染料废水方面的应用．并对生物酶法处理染料废水的发
展趋势进行了展望。
1漆酶及其固定化
1．1 漆酶的定义及其对染料的处理
漆酶是一类含铜的氧化还原酶。它们催化的反应是利用
分子氧，产生的副产物只有水，是“生态友善的”酶。由于具有
广泛的底物作用性，漆酶作为一种绿色生物催化剂征工业、
农业、环保和医药等领域均有巨大的应用潜力。具有广阔的
市场前景。
漆酶能有效地对染料进行降解．且多数在10min内即可
达到80％以上的脱色率㈧”。据相关文献报道[61．316种染料
中有178种可用漆酶脱色。其中活性染料、直接染料以及酸
性染料中有脱色效果的均占60G／O左右．如漆酶能降解广泛
应用于印染工业中牛仔布服的染整及水洗过程中的一种芳
香族染料一靛蓝。在某些情况下．漆酶能将偶氮染料中的偶
氮转化为分子氮．使偶氮染料完全脱毒【5]。
1．2漆酶的固定化
目前漆酶在染料降解方面的应用主要采用固定化形式。
酶的固定化就是指将水溶性酶以物理或化学的方法固定在
有机或无机的载体上．形成不溶于水的具有酶活性的酶衍生
物。游离的酶蛋白在作用过程中易受环境条件影响而变性失
活，限制了其工业化应用范围。固定化漆酶与游离酶相比，虽
然酶活有所下降，但所适应的温度及pH值范围更加广泛，
稳定性更好。漆酶主要的固定化方法大致分为以下几种：物
理吸附法、包埋法、交联法、共价结合法、共固定化等Ⅲ。
(1)物理吸附法。物理吸附法是指酶蛋白分子通过范德
华力等的相互作用使得自身吸附到不溶于水的载体表面．从
而达到固定化的方法。漆酶可以利用这种方法使得载体表面
的次级键与自身分子之间相互作用．从而达到固定化的目
的。物理吸附的优点在于其固定化技术简单．可供选择的载
体较多。此外，固定化酶的条件温和。不会引起酶变形或失
活．即使漆酶失活后也用物理吸附法很方便得进行重新活化
基金项目：省部共建能源与环境光催化国家重点实验室自主课题：仿生合成纳米材料固定化光合细茵，酶催化处理工业废水的应用研究(2014C05)
作者简介：王美银。女，研究生，研究方向：固定化漆酶。
2017．No．3．
万方数据
和再生，但物理吸附法使得酶和载体结合力不强，容易脱落，
固定化酶可重复利用率低。
(2)包埋法。是将酶包裹于凝胶形成的网络结构中，或半
透膜聚合物的超滤膜内使其固定化。由于酶的空间结构很少
发生变化．所以酶活回收率较高。漆酶包埋在聚合物中不易
漏出，操作条件温和、对外界环境的缓冲作用大，可防止酶的
机械损伤，易于再生，产物分离提取容易。
(3)交联法。依靠双功能团试剂使酶分子之间发生交联
凝集成网状结构．使之不溶于水从而形成固定化酶．此法制
备的细胞与载体结合紧密．但制备麻烦．活力损失较大。目前
最常用交联剂有戊二醛等．利用戊二醛的2个功能基团醛基
将漆酶和载体进行交联。
(4)共价结合法。共价结合法属于化学法中的结合法，即
酶蛋白的非必需基团通过共价键和载体形成不可逆的连接。
共价结合法使得漆酶与载体之间结合紧密．不易脱落．稳定
性好，但反应条件激烈，操作复杂，控制条件苛刻，活力损失
较大
(5)共固定化法。共固定化方法综合了固定化技术与混
合发酵的优点．此方法是将不同的酶与酶、细胞与细胞或细
胞与酶等同时固定在同一个载体上．从而形成共固定化系统
的1种方法。这种共固定化系统比较稳定．它可将几种不同
功能的酶．细胞和细胞器集中在同一系统中来进行协同作
用。共固定化系统中的组分之问的催化活性可以相互互补．
使得各自发挥优势来获得更好的效果。
本文还对各种方法进行了较为系统的比较，详见表2。
表2各种固定化方法的特点
物理吸附法包埋法化学交联法共价结合法
2固定化漆酶在染料废水中的应用
目前固定化漆酶比较热门的载体主要是海藻酸和壳聚
糖等．壳聚糖是1种天然生物多糖高分子材料．并且具备易
得、价格低、机械性能较好、化学性能稳定、可生物降解等特
点。有学者以壳聚糖为载体[8]．戊二醛为交联剂制备固定化
漆酶．采用红外光谱和扫描电镜对游离漆酶和固定化漆酶进
行测试分析．比较了游离漆酶与固定化漆酶的酶学性质及在
染料脱色中的应用效果．结果表明游离漆酶与固定化漆酶有
相同的最适温度，固定化漆酶的最适pH值为5．0；游离漆酶
的最适pH值为6．0。与游离漆酶相比，固定化漆酶的热稳定
性、pH稳定性和可重复使用性都得到了提高，且有更好的底
物亲和性。朱启忠等人将漆酶固定在壳聚糖上．发现用有机
酸酒石酸改性的壳聚糖其酶活提高了57％。Lu等人以藻酸
盐和壳聚糖为载体固定漆酶对染料Alizarin Red进行脱色．
2h内脱色率达到40％．循环使用3次后．固定化漆酶的活力
2017．No．3．
仍保持在35．7％。
海藻酸钠是多糖类物质，固定方法比较简单，条件温和，
酶很少失活。王平[9]等利用海藻酸钙、明胶及聚乙二醇进行
漆酶包埋．经氯化钙固化和戊二醛交联后得到固定化漆酶．
并用于全棉针织物直接、活性、还原染料的染色后处理，结果
表明：固定化漆酶酶洗工艺可替代传统皂洗工艺，可有效去
除全棉针织染色物表面的浮色．提高织物的湿处理牢度。还
能降低后处理残液的色度．减轻了印染废水处理的负担，有
利于生态环境保护。
Champagne、Reyes P、Patricio P Zt州1艘]等以多孔玻璃、活
化的琼脂糖、金属铝及IRA--400离子交换树脂为载体制备
固定化漆酶。分别处理含不同染料(直接、酸性、活性染料)的
印染废水．结果发现：固定化漆酶对染料的降解速率比游离
酶快．而且废水中染料的毒性也降低了80％．处理后的废水
还可以重复利用，大大降低了水的消耗量。
赵林果等人通过自制复合型载体丙烯酸脂类聚合物来
固定漆酶对染料酸性紫4进行脱色处理．发现在酶用量
12．5U／mL。染料浓度150mg／L，反应温度范围在45。C～55℃，
pH范围在4．5～5．0条件下，脱色4h，脱色率达到了98．5％；重
复使用8批次后，脱色率仍能保持在90％以上[B]。邱华军等
人以A以g合金为原料，通过控制浓硝酸的腐蚀时间再辅以
退火处理．得到了不同孔径的纳米多孔金(NPG)化学共价偶
联的方法对产自Trametes versicolor的漆酶进行了固定化发
现．重复使用8次仍能保持初始活力的65％．且在4℃下保
存1个月几乎观察不到酶活力的下降[13]。
3展望
固定化漆酶延长了漆酶的使用寿命．提高了漆酶的稳定
性及其对环境的耐受性．使漆酶在染料废水处理领域的应用
前景更为广阔。但当前的固定化酶技术仍普遍存在成本高、
分离纯化复杂等不足，需要得到进一步的完善。而新型的载
体、固定化漆酶及其降解目的底物的适宜条件也有待探索。
固定化漆酶技术作为一种高效生物酶催化技术．必将在今后
的染料废水处理中产生巨大的应用价值。
参考文献
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报，2013，64(1)
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7胡丽娟。胡立娜．漆酶的固定化及研究进展．应用科技。2013(18)
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大学学报(自然科学版)，2010，9(2)
(下转第88页)
万方数据
图1 水中阴离子分离色谱图
表1精密度试验
项目氯酸盐
测定值
平均值
RSD／％
2．88、2．83、2．75、2．81、2．90、2．82、2．79
2．83
1．81
2．6样品加标回收率试验
在采集好的饮用水中加入一定量的氯酸盐标准溶液．分
别配制成浓度为0．50、3．00和5．00忡儿的氯酸盐加标样品。
按上述分析步骤对饮用水样品和不同质量浓度的加标样品
进行离子色谱分析(表2)。实验结果表明，生活饮用水中未
检出氯酸盐成份，其加标回收率为94．7％～106．o％，表明本方
法准确度较好，能满足分析测试要求。
3结论
表2加标回收率试验
本文建立了离子色谱法测定生活饮用水中氯酸盐的方
法，样品无需前处理，并且可与水中共存氯化物、硝酸盐和硫
酸盐等其他阴离子一起分析。本方法氯酸盐检出限为
O．008mg／L，能够满足生活饮用水卫生标准规定的限值要求。
本方法具有操作简便快速、分离效果好、灵敏度和准确度高、
受其他因素干扰小、实用性强等优点。经实际操作证明．该法
适用于水中氯酸盐的日常监测。
参考文献
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盐的检测．江苏预防医学，2010，21(6)
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境科学出版社．2002
5中国人民共和国环境保护部．HJl68—2010环境监测分析方法标准
制修订技术导则
(上接第86页)
9王平。范雪荣，崔莉，等．一种应用固定化漆酶进行全棉针织物染色
后处理的方法．中国专利号：200810124032．7，申请日：2008--05—
29．公告日：2008—11—12
10 Champagne P P，Ramsay J A．Dye decolorization and detoxification
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12 Peralta Zamom P，Pereira C M．Tiburtius E R L，et a1．Decolorizafion
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2003，(42)
13李瑞云，栗君．漆酶对染料废水脱色的应用研究．环境科学与管理．
2015，40(9)
我国光伏产业迎来黄金发展
随着全球经济发展．能源危机和环境污染正在日益引发
关注．以光伏发电为代表的新能源在能源体系中占据越来越
重要的地位。全球光伏产业发展趋势良好。近年来．我国政府
出台了一系列相关政策支持光伏产业转型升级。“十三五”是
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期．我国光伏行业将获更多政策支持，迎来高速增长期。要坚
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以色列重技术创新发展风电
据报道以色列能源部发起一个绘制风电发展潜力图的
研究项目，由气象服务中心(IMS)执行，芬兰气象研究机构
2017．No．3．
(FM)提供咨询，主要通过百米分辨率评估系统，绘出不同高
度下风力的相关数据。

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