碳纳米材料固定化漆酶对内分泌干扰物的降解机制研究

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随着经济的快速发展,大量内分泌干扰物从人类生活及相应的生产过程中不断释放,越来越多的内分泌干扰物广泛存在于水体、土壤、沉积物、空气甚至食品中,对人类及其他生物体构成了潜在威胁。近年来,固定化酶的发展成为环境修复领域的一个新方向。将酶固定在某种不溶介质上,能增加其热稳定性和抵抗极端环境、化学条件的能力,并且能够很容易将其从反应体系中分离出来,实现多次利用。利用固定化酶去除环境中的内分泌干扰物已经成为一个热门的研究领域。碳纳米材料由于其本身优良的特性,成为最具发展潜力的酶固定化载体。  本论文系统研究了四种碳纳米材料(C60、GO、MWNTs、O-MWNTs)对漆酶的固定能力,探讨影响固定化漆酶活性的因素。同时利用固定化漆酶对两种酚类化合物进行了降解去除,阐释影响酚类底物去除速率的机制。研究表明碳纳米材料的形貌、底物的可接触性和扩散难易程度以及酶催化反应的机制均能够对固定化漆酶的活性以及其对底物的催化速率产生影响。  通过研究,论文取得了如下结论:  1)四种不同碳纳米材料对漆酶的固定化能力强弱为:O-MWNTs最强,C60最弱,GO和MWNTs相当。影响固定化能力的因素主要有形貌、比表面积、zeta电位和表面官能团等,其中碳纳米材料的团聚形貌在漆酶的固定化量上起到了主导作用。  2)漆酶在四种碳纳米材料上的活性强弱为:Lac-GO>Lac-MWNTs>Lac-O-MWNTs>Lac-C60。固定化漆酶的活性除与酶本身的结构有关,还与底物与酶活性位点可接触性及底物向活性位点传递的难易密切相关。  3)影响固定化漆酶对酚类化合物去除速率的因素有底物的扩散和催化反应机制。与漆酶常用底物2,2’-二氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTs)的一步反应不同,酚类化合物为自由基的链式反应,底物的扩散影响了其链式反应中的一步,从而限制了整个反应的进行速率。  4)虽然漆酶固定化后对酚类底物的去除速率降低,但经过一段时间后,对酚类物质整体的总去除率依然保持较高水平。
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