[发明专利]漆酶修饰电极和使用该电极去除水中氯酚污染物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种漆酶修饰电极和使用该电极去除水中氯酚污染物的方法，具体是一种壳聚糖固定化漆酶修饰含一种活性金属(如铋、镍、镧、铈或铒)和氟的钛基二氧化铅电极，在通电的情况下将水中的氯酚氧化，属于水处理技术的应用领域。

背景技术

氯酚类污染物具有较高的毒性和较强的稳定性，少量进入水体便可产生严重的公共健康风险，因此，这类物质对水环境的污染已受到世界各国的广泛关注，研究高效去除水中氯酚类污染物的新方法已成为目前水处理领域中的一个热点。

电化学氧化作为一种高级氧化方法，能在常温常压下，通过有催化活性的电极反应直接或间接产生OH·，从而有效降解水中大多数的有机污染物。决定电化学氧化效能的关键因素是高效电极的制备。PbO₂具有类似金属的良好导电性，钛基PbO₂电极由于在水溶液中具有析氧电位高、氧化能力强、耐蚀性好、导电性好、可通过大电流等特性，近年来受到广大研究者的瞩目。目前许多研究致力于对PbO₂电极表面进行化学修饰，以改善电极原有的性质，实现电极的功能设计。在电化学氧化过程中，污染物在电场中的迁移过程使得带负电性有机物在阳极的修饰层中选择性地键合与富集，从而提高氧化降解效能。

漆酶是一种含铜多酚氧化酶，能非专一性地催化氧化许多结构不同的底物，如高毒性的酚化合物及其衍生物、芳胺及其衍生物、多环芳烃等，在环境污染治理中已有较多的应用。漆酶催化降解水中有机污染物的催化作用是通过酶分子上的4个铜离子协同传递电子和价态变化实现的，在从底物吸收电子的同时将水中的氧分子还原成水。与其它方法相比，漆酶催化氧化法能耗低、降解效率高、易操作、使用范围宽、不产生剩余污泥，能同时催化多种有机污染物，是一项前景广阔的生物处理技术。影响漆酶催化氧化有机污染物活性和稳定性的因素很多。漆酶本身的一些蛋白性质，如不能重复利用、对周围环境(如盐的浓度、pH、温度等因素)高度敏感性等限制了漆酶的有效使用。为了提高漆酶的稳定性，增强抗干扰能力，将漆酶进行固定化是目前酶工程领域中的一个研究热点。固定化漆酶延长了漆酶的使用寿命，但酶固定化后，漆酶分子空间自由度受到限制，直接影响到活性中心对底物的定位作用；内扩散阻力使底物分子与活性中心的接近受阻导致酶活性下降。固定化酶的使用次数和效率还与酶催化反应的生成物有关。研究发现，漆酶对水中的邻氯酚和对氯酚实现快速有效的脱氯，但在反应过程中漆酶可能生成难以生物降解的少量毒性中间产物，其易吸附在漆酶表面，从而使酶失活；同时漆酶对于部分有机污染物(如间氯酚、高氯代酚类物质)的代谢活性不高，难以有效快速降解。这些因素限制了漆酶的应用范围，同时也降低了漆酶催化氧化有机污染物的效果。

因此，我们提出一种固定化漆酶修饰PbO₂电极，一方面通过电场富集作用，减小底物分子接近固定化漆酶活性中心的内扩散阻力，提高酶降解能力；发挥电化学氧化有机物选择性不高的优势，将漆酶难以高效催化降解的部分有机污染物(如间氯酚)进行电化学氧化，氧化产物可以进一步被漆酶高效催化降解；另一方面利用漆酶对于有机污染物的高效催化作用，使水中有机污染物迅速氧化，可以弥补电化学氧化能耗高的缺陷。

发明内容

本发明的目的是：制备一种高活性的漆酶修饰电极，并利用该电极催化氧化水中的氯酚污染物。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种漆酶修饰电极，以钛材料为载体，由钛基体表面由内至外依次为锡锑氧化物底层、α-PbO₂中间层、掺杂一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)的含氟β-PbO₂表面层、壳聚糖固定化漆酶修饰层。

一种漆酶修饰电极的制备方法，该方法包括三个步骤：电极材料(电极锡锑氧化物底层、α-PbO₂中间层、掺杂一种活性金属(如铋、镍、镧、铈、铒)的含氟β-PbO₂表面层)的制备、壳聚糖固定化漆酶的制备、固定化漆酶在电极表面的修饰。具体步骤如下：

(1)电极材料的制备