HRP/LiP催化去除水中壬基酚的研究

论文摘要

环境中,壬基酚（Nonylphenol,NP）主要来源于商用非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NPnEO）类化合物的降解,由于其性质稳定,生物富集性强,水环境中NP浓度多在ng/L～μg/L,传统的污水处理方法中很难将其有效地去除；另外,NP是一种已得到证实的环境内分泌干扰物,主要危害表现为干扰水生生物、哺乳动物以及人类的内分泌和生殖系统,能导致生物生殖能力下降、影响免疫和诱发癌症等；所以,NP的环境污染问题引起了人们的广泛关注。而广泛分布于自然环境中的辣根过氧化物酶（HRP）口木质素过氧化物酶（LiP）,具有较强的催化氧化能力,能够催化去除多环芳烃（PAHs）.多氯联苯（PCBs）.芳香染料等多种持久性有机污染物,因此,本文进行了过氧化物酶催化去除水中NP的研究。根据酶催化去除污染物的反应特点,论文首先研究了HRP和LiP催化去除NP的反应条件,其次考察了对酶催化具有改性作用的聚乙二醇（PEG）/藜芦醇（VA）在HRP/LiP催化反应体系中的作用,并研究并考察了两种酶催化去除NP的效果及改性后酶催化反应动力学参数的变化,最后实验还考察了天然有机质（NOM）在酶催化反应体系中的作用行为,并借助三维荧光光谱（3D-FLD）观察了酶催化去除NP过程中自身光谱特征变化。研究结果主要概括如下：（1）pH值的优化实验表明,LiP去除NP反应效率在pH值为4.6左右达到最佳,而HRP的最佳反应pH值为7.0左右,过高或过低的pH值都会导致酶的催化效率降低。（2）不同浓度的H202催化去除NP（10μM）实验结果表明：LiP反应体系中H202与目标底物NP的摩尔浓度比为1～5时,H2O2能饱和LiP催化去除NP的效率,LiP反应体系中H202最适摩尔比为1,即浓度为10μM;HRP反应体系H202与目标底物NP的摩尔浓度比为3-15时,H202能饱和HRP催化去除NP的效率,HRP反应体系中H202最适摩尔比为7.5,即浓度为75μM。H2O2对酶促降解的反应的作用趋势是,在H202浓度低于最适浓度范围时,酶对NP的催化去除率随H202的浓度增加而增加,当H202浓度过量时,即高于最适H202浓度范围,酶对NP的催化去除率随H202的浓度增加而降低,这主要是由于过量的H202导致酶失活。（3）酶活性调控实验表明,向LiP反应体系中添加1.0mM的VA,向HRP反应体系添加100mg/L的PEG,均可提高酶促去除NP的效率,同时延长了酶的存活时间。在LiP反应体系和中,添加1.0mM的VA后,酶催化去除NP的效率提高了65%左右,反应时间达到90min以上,酶催化动力学数据In（kCAT）由8.89s-1提高到9.79s-1；在HRP反应体系和中,添加100mg/L的PEG后,酶催化去除NP的效率提高了10%左右,反应时间达到60min以上,酶催化动力学数据In（kCAT）由6.58s-1提高到7.17s-1。（4）天然环境中NOM及其主要成份腐殖酸（HA）和富里酸（FA）对酶催化去除污染产生了重要影响。实验研究表明HRP和LiP催化去除NP的效率随着体系NOM浓度的升高而降低,NOM及其主要成份FA、HA对酶催化去除NP均具有抑制作用,5mg TOC/L的NOM、FA和HA对NP的催化去除效率的抑制程度由强到弱依次是：HA>NOM>FA。另外,实验证实在天然有机质存在条件下,向HRP反应体系中添加100mg/L的PEG,向LiP反应体系中添加1mM的VA,酶催化去除NP的效率有一定提高。（5）三维荧光扫描结果,光谱吸收强度依次是：FA>NOM>HA,推测结果是有机质结构中可能含有大量的羰基、羧基等具有自由基的活性官能团,能对HRP或LiP催化去除NP产生影响。另外荧光光谱扫描结果显示反应体系中的NOM可能与HRP发生了酶催化反应,并且NOM的结构发生了某些变化。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 环境中壬基酚的概述
• 1.1.1 壬基酚的性质及应用
• 1.1.2 壬基酚的环境污染及生态效应
• 1.2 壬基酚污染物的处理方法进展
• 1.2.1 物理化学技术
• 1.2.2 生物降解技术
• 1.3 过氧化物酶
• 1.3.1 过氧化物酶与环境污染
• 1.3.2 辣根过氧化物酶（HRP）和木质素过氧化物酶（LiP）
• 1.3.3 辣根过氧化物酶（HRP）和木质素过氧化物酶（LiP）在环境中的应用
• 1.3.4 辣根过氧化物酶（HRP）和木质素过氧化物酶（LiP）的环境适应性
• 1.4 目前研究存在的问题
• 1.5 本论文研究目的、内容和意义
• 第二章 HRP和LiP催化去除水中NP的反应条件
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 实验步骤及方法
• 2.1.3 分析方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 LiP催化去除水中NP的反应条件
• 2.2.2 HRP催化去除水中NP的反应条件
• 2.3 本章小结
• 第三章 天然有机质对HRP和LiP催化去除水中NP的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试剂及仪器
• 3.1.2 实验步骤及方法
• 3.1.3 分析方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 NOM对LiP催化去除NP的影响
• 3.2.2 NOM对HRP催化去除NP的影响
• 3.2.3 有机质对LiP活性的影响
• 3.2.4 有机质FA、HA和NOM的三维荧光图谱分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 研究结论及展望
• 4.1 本文的研究结论
• 4.2 研究特色及展望
• 4.2.1 研究特色
• 4.2.2 研究展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间完成的工作
• 致谢