[发明专利]固定化漆酶及木质素类介体处理抗生素污染水体的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种含有固定化酶和反应介体的催化体系在去除抗生素污染中的应用。

背景技术

随着抗生素在农畜渔牧业生产中的大量使用，环境中抗生素残留日益增多，水体中残留的抗生素具有较高的毒性和稳定性，少量进入环境即可危害到生态系统的健康和人类社会的可持续发展，且难以通过自净作用在环境中去除。因此，研究开发高效、经济的残留抗生素处理新技术成为全世界环保工作者关心的热点。生物降解技术，尤其是生物催化技术，作为一种新兴的处理方法，具有能耗低、易操作、降解效率高等优点，是一项前景广阔的处理技术。

漆酶(laccase，E.C.I.10.3.2)是一种含铜的多酚氧化酶，具有宽泛的底物专一性，能够催化多种酚类、胺类、芳香类及杂环类化合物的氧化，同时伴随一步四电子反应，环境友好型地将氧分子还原成水。目前，漆酶在环境治理、分析检测、生物传感和有机合成等领域得到广泛的研究和应用。在高效介体存在的条件下，漆酶还可以氧化非酚型物质，扩大了漆酶的应用范围。然而，在众多的高效介体中，多数介体为人工合成，价格昂贵且存在潜在的环境毒性，寻找高效、价格低廉、源于天然物质、环境友好的人工介体替代物，将有助于扩展漆酶在水体污染物去除中的应用。

此外，在漆酶降解污水中有机污染物时，存在易失活、回收难以及无法连续使用等问题，限制了其在实际中的使用。将漆酶进行固定化的技术是解决这些问题的有效措施之一。磁性纳米材料不仅具有高比表面积及良好的分散性，而且具有顺磁性。采用磁性纳米为载体固定化漆酶能够明显提高漆酶的稳定性、重复利用率及漆酶的分子空间自由度，降低内扩散阻力，在含抗生素污水处理领域中具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一个可用于水体中抗生素污染物降解的固定化漆酶/木质素类介体催化体系。

本发明的另一目的是提供多种可以作为漆酶催化抗生素污染物降解的木质素类介体或组合。

本发明的另一目的是提供一种可用于抗生素降解的磁性纳米四氧化三铁颗粒固定化漆酶的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种用固定化漆酶/木质素类介体体系处理抗生素污染水体的方法，所述抗生素为磺胺类抗生素和/或四环素类抗生素；

所述方法是向含有所述抗生素污染物的污水中，加入磁性纳米四氧化三铁颗粒固定化漆酶，同时添加木质素类介体，在常温下静置反应0.1-3小时，完成催化降解。

其中，所述木质素类介体为紫丁香基木质素单体衍生物和/或愈创木基木质素单体衍生物，所述紫丁香基木质素单体衍生物选自丁香醛、丁香酸、芥子酸和乙酰丁香酮中的一种或多种，所述愈创木基木质素单体衍生物选自香草醛、香草酸、阿魏酸或乙酰香兰酮中的一种或多种，每升污水中木质素类介体的添加量为0.1-5mmol。

优选地，所述木质素类介体为一种紫丁香基木质素单体衍生物和一种愈创木基木质素单体衍生物的组合，每升污水中的添加量分别为0.1-1mmol和0.1-1mmol。

其中，所述磁性纳米四氧化三铁颗粒固定化漆酶添加量为0.1-3g/L污水。

具体地，磺胺类抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺甲恶唑中的一种或多种；四环素类抗生素包括土霉素、四环素和金霉素中的一种或多种。通常，水体中造成污染的抗生素浓度为0.03-3g/L。

优选的，所述磁性纳米四氧化三铁颗粒固定化漆酶制备方法包括以下步骤：

(1)制备表面氨基功能化的磁性纳米四氧化三铁颗粒：将聚乙二醇、氯化铁、氯化亚铁混合，通入氮气并加热至70-90℃，调整混合物的pH值至10-11，搅拌反应半小时，冷却至室温，离心分离，所得沉淀为聚乙二醇包裹的四氧化三铁；将沉淀用乙醇超声分散，通入氮气，加入硅烷偶联剂，在30-50℃下，搅拌反应20-30小时，磁性分离，固相为氨基功能化的磁性纳米四氧化三铁颗粒；

(2)将氨基功能化的磁性纳米四氧化三铁颗粒加入到pH＝7-9的戊二醛溶液中，20-40℃搅拌反应活化3-5小时，洗去未反应的戊二醛。再将活化磁性纳米颗粒加入到pH值为3-7的0.1-1mg/mL的漆酶溶液中，20-40℃下搅拌反应24-48小时，磁性分离，洗去未固定的漆酶蛋白，收集固相为磁性纳米四氧化三铁颗粒固定化漆酶。

采用本发明的方法，每克固定化漆酶的活性达200-500U。

其中优选地，在反应过程中进行搅拌，搅拌的速度为200-1000rpm。