[发明专利]一种微电辅助固定化漆酶装置及其制备方法和废水的降解的方法

说明书

本发明公开了一种微电辅助固定化漆酶降解含酚废水的装置，在装置池中放置以海藻酸钙为载体的固定化漆酶，在出水口关闭的状态下，从入水口通入预处理过的工业含酚废水；待废水充满反应槽后，向装置的电极板上通电，在微电流刺激的条件下，可解决漆酶在催化过程中电子传递速率受限的问题，提高固定化漆酶在含酚废水处理中的降解率，含酚废水的降解率可高达99.9％。

技术领域

本发明涉及一种微电辅助固定化漆酶装置及其制备方法和废水的降解的方法。

背景技术

漆酶(Laccase,EC 1.10.3.2)又称p-二酚氧化酶(p-diphenol:dioxygenoxidoreductases)，是一种含铜的多酚氧化酶。

漆酶催化过程可分为底物作用、电子转移和中间体被还原等几个步骤。同时T1活性位点的铜离子吸收的电子通过Cys-His途径将其传递到三核中心的铜离子，分子氧在那里被还原成水。还原氧分子到水是经过了两步双电子反应，第一步形成超氧化物过渡体，第二步再生成水。

然而，漆酶虽可以利用铜离子特有的氧化还原能力，对还原性底物进行氧化降解，但铜活性中心深埋于分子内部,难以实现漆酶与底物间的高效电子传递。另一方面，漆酶分子对底物的氧化作用，主要在于酶分子从底物接受电子，从自然态转变为过渡态，故酶分子内电子传递效率将直接影响漆酶催化的效率。但由于底物激活机制和蛋白质结构的复杂性影响，酶从自然态接收电子转变为过渡态的过程十分缓慢；同时，漆酶是一种水溶性蛋白质，游离状态下稳定性差，在极端温度、极端pH值条件下会影响其三维结构以及活性基团的解离，导致活性降低甚至丧失。故提高漆酶催化过程中的电子传递速率是实现漆酶高效催化的关键。另一方面，被漆酶氧化的底物也会形成具有氧化能力的自由基，可进一步进行氧化连锁反应。由此可见，如何让漆酶分子迅速获得转变为过渡态所需的电子是提高漆酶催化反应速率的关键。

随着工业化的快速发展，来源于石化、造纸、制药、油漆和天然化学产品的各种酚类污染物现已广泛存在于水体之中，具有种类众多且毒性强、难降解、持久性等特点，若不有效去除，会在水环境中长期持续地产生危害，严重破坏生态资源和普通大众的生活环境。目前，去除水中酚类污染物的主要方法有电化学法、Fenton催化法和光催化法等。这些方法中有些处理效果差，有些操作性难度大，有些会生成中间产物，容易造成二次污染。而漆酶作为一种绿色环保的多酚氧化酶类，具有易获取、操作简单和催化效率高特点。近年来，国内外学者对漆酶处理酚类污染物做了大量研究，研究表明漆酶对有机芳香(尤其废水中酚类)化合物及衍生物，均具有良好的降解效果。

虽然漆酶可以对废水中的酚类物质进行降解，但由于漆酶具有较低的氧化还原电势，因此只能单独作用于部分酚类底物；同时，游离的漆酶在现实中的使用也受到了一定限制，如难以保持长期的稳定性、难以回收和循环利用等。此外，漆酶的反应条件还受到一些环境条件的影响，温度、pH、金属离子浓度等都会对漆酶的反应活性产生正面或负面影响。将漆酶固定化可增加漆酶的稳定性，提高生产效率，使漆酶可以循环利用，节约了成本，简化了生产工艺，固定化后的漆酶反应所需的空间小，反应最优化控制易于实现，更有利于提高产品的纯度与产量。研究表明，吸附、包埋、共价绑定和交链结合等固定化技术可有效地改善游离漆酶的缺点，增加其循环利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中漆酶催化过程中电子传递受限，催化效率较低，固定化漆酶虽然能够提高漆酶的稳定性但不能提高漆酶催化效率的技术问题，针对漆酶催化存在的电子传递受限的问题，发明了微电场辅助的固定化漆酶催化装置及其使用方法，能够有效加速漆酶催化过程中的电子传递，提高漆酶催化效率。