申請日2015.07.27

　　公開(公告)日2015.12.02

　　IPC分類號C02F101/38; C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種以固定化酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法，即向含撲熱息痛的工業(yè)廢水中加入固定化辣根過氧化物酶及H2O2，室溫下反應(yīng)，以去除撲熱息痛;其中固定化辣根過氧化物酶是以通過氨基化修飾、戊二醛活化的納米碳球為載體，對辣根過氧化物酶固定化獲得。撲熱息痛催化降解反應(yīng)的結(jié)果表明，該方法能夠高效凈化污水中的撲熱息痛。本發(fā)明彌補了國內(nèi)外在制藥工業(yè)中撲熱息痛廢水處理技術(shù)上的短缺，克服了現(xiàn)存處理凈化方法能耗高、操作復(fù)雜、反應(yīng)條件劇烈和凈化能力差等缺點，提供了一種成本低廉、操作簡單、凈化處理效率高的方法，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種以固定化酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法，其特征在于：向含撲熱息痛的工業(yè) 廢水中加入固定化辣根過氧化物酶及H2O2，室溫下反應(yīng)，以去除撲熱息痛。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述固定化辣根過氧化物酶的加入量與工 業(yè)廢水中撲熱息痛的質(zhì)量比為1U：1.6mg;

　　所述H2O2的體積濃度為0.09%;所述H2O2加入量與工業(yè)廢水中撲熱息痛的摩爾比為 1:1～1:4。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述H2O2加入量與撲熱息痛的摩爾比為 1:2。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述固定化辣根過氧化物酶是以經(jīng)氨基化 修飾、戊二醛活化的納米碳球為載體，對辣根過氧化物酶固定化獲得。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述固定化辣根過氧化物酶是按如下步驟 制備：

　　1)將8克葡萄糖溶于80毫升蒸餾水中并攪拌至澄清，然后轉(zhuǎn)移至100毫升高壓反應(yīng)釜 中，180℃反應(yīng)8小時，冷卻至室溫，離心，所得沉淀用蒸餾水和乙醇交替洗滌數(shù)次，最后冷 凍干燥，獲得納米碳球;

　　2)將100毫克步驟1)所制備的納米碳球加入20毫升蒸餾水中并攪拌分散1小時，然 后緩慢滴加4毫摩爾氨水并繼續(xù)攪拌2小時，離心，所得沉淀用蒸餾水洗滌數(shù)次，最后冷凍 干燥，獲得氨基化修飾碳球;

　　3)將100毫克步驟2)所制備的氨基化修飾碳球加入20毫升體積濃度為2%的戊二醛中， 室溫下反應(yīng)30分鐘，離心，所得沉淀用蒸餾水洗滌數(shù)次除去未反應(yīng)的戊二醛，最后冷凍干燥， 即獲得述固定化辣根過氧化物酶載體;

　　4)將100毫克步驟3)所制備的固定化辣根過氧化物酶載體和10毫克辣根過氧化物酶 在10毫升濃度為0.1摩爾/升、pH=7的磷酸鹽緩沖液中混合后，在25℃振蕩18小時，然后 用0.1摩爾/升、pH=7的磷酸鹽緩沖液反復(fù)沖洗產(chǎn)物，直至淋洗液中沒有游離酶，即獲得固定 化辣根過氧化物酶。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述固定化辣根過氧化物酶的粒徑為 180～220納米，酶固載量為3～4毫克/克，酶活為500～600U/克。

　　說明書

　　一種以固定化酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種利用固定化辣根過氧化物酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法，屬于生物 技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　撲熱息痛(APAP，又稱對乙酰氨基酚)是一種常用的解熱、鎮(zhèn)痛非處方藥。主要適用于 緩解輕度至中度疼痛，如感冒引起的發(fā)熱頭痛、關(guān)節(jié)痛、神經(jīng)痛等，相對于阿司匹林等同類 藥物毒副作用小，是全世界應(yīng)用最廣泛的藥物之一。但研究表明撲熱息痛具有肝毒性，長期 服用對肝臟損害極大。據(jù)Larson報道在美國護(hù)理中心由APAP導(dǎo)致急性肝衰竭高達(dá)42%，其 中死亡率占三分之一。APAP和其結(jié)構(gòu)類似物在自然環(huán)境中無處不在，且極容易在水生環(huán)境 中積聚。Kolpin調(diào)查顯示美國自然水域中APAP質(zhì)量濃度為10微克/升，而在英國泰恩河中 甚至高達(dá)65微克/升，對人類的健康造成巨大的威脅。

　　目前，國內(nèi)外在撲熱息痛廢水處理技術(shù)方面的報道極少，一些污水處理廠只能進(jìn)行傳統(tǒng) 的低效、不完全的處理方法。徐根良、官寶紅等運用混凝加兼氧—好氧生物接觸氧化法加氧 化脫色工藝流程處理APAP廢水;秦桂濤，劉萍等利用D101大孔樹脂靜態(tài)吸附法處理APAP 廢水;Cabrita等研究了利用活性炭、褐煤作為吸附劑來對撲熱息痛廢水進(jìn)行處理，然而這些 處理方法并不能達(dá)到很好的降解和排毒效果。因為目前對撲熱息痛廢水處理的方法成本昂貴 且未能根本徹底將其降解，出水水質(zhì)達(dá)不到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，為適應(yīng)當(dāng)代綠色環(huán)保的主題， 尋求經(jīng)濟(jì)高效和綠色環(huán)保的APAP凈化技術(shù)迫在眉睫，也極具現(xiàn)實意義。

　　酶是一種眾所周知的綠色催化劑，因其高效專一性、反應(yīng)溫和性和副產(chǎn)物少、綠色環(huán)保 等特點被廣泛用于制藥、化工和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，而利用生物酶催化技術(shù)在污水處理領(lǐng)域也 日益受到關(guān)注。辣根過氧化物酶是由糖蛋白和鐵卟啉輔基結(jié)合而成的酶，能夠高效催化降解 苯酚、苯胺及其取代物，且反應(yīng)條件溫和、速度快、不需要任何相-相轉(zhuǎn)移過程。但由于辣根 過氧化物天然酶穩(wěn)定性差、價格高等缺點，限制其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。固定化酶技術(shù)具有 成本低、無二次污染、易操作和重復(fù)連續(xù)使用等優(yōu)點，克服了游離酶的種種缺陷。在過氧化 氫存在條件下利用固定化辣根過氧化物酶催化降解APAP廢水在過去鮮有研究報道，具有極 其廣闊的工業(yè)研究與應(yīng)用前景。

　　利用葡萄糖水熱碳化法制備的碳球反應(yīng)綠色溫和，成本低，粒徑均一，表面富集大量官 能團(tuán)如—OH和—C=O等。官能團(tuán)聯(lián)結(jié)在碳化骨架上不僅能夠大大提高碳基材料的親水性以 及它們分散在水體系中的穩(wěn)定性，更重要的是官能團(tuán)經(jīng)過活化后，為生物大分子提供附著位 點。通過化學(xué)鍵共價鍵合制得的固定化酶，酶與載體結(jié)合牢固，使酶分子不易從載體上脫落， 提高了固定化酶的操作穩(wěn)定性。

　　本發(fā)明所要解決的問題是高效除去水中APAP污染物，克服現(xiàn)有凈化撲熱息痛污染物技 術(shù)的短缺，提供一種高效、節(jié)能、可重復(fù)利用、操作簡單的撲熱息痛及結(jié)構(gòu)類似物污水的處 理方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于解決制藥工業(yè)生產(chǎn)過程中撲熱息痛的污染問題，提供一種以水熱法制 備出的碳球材料為載體固定化辣根過氧化物酶作為催化劑凈化水中撲熱息痛的方法。本發(fā)明 針對現(xiàn)有技術(shù)的短缺與不足，提供一種操作簡便、成本低廉、凈化能力高效的清除水中撲熱 息痛的方法。

　　本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

　　本發(fā)明以固定化酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法，其特點在于：向含撲熱息痛的工業(yè) 廢水中加入固定化辣根過氧化物酶及H2O2，室溫下反應(yīng)30-80min，以去除撲熱息痛。實際操 作中可定時取樣，分析APAP的濃度變化，直至APAP去除率達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　本發(fā)明以固定化酶去除工業(yè)廢水中撲熱息痛的方法，其特點也在于：所述固定化辣根過 氧化物酶的加入量與工業(yè)廢水中撲熱息痛的質(zhì)量比為1U：1.6mg;所述H2O2的體積濃度為 0.09%;所述H2O2加入量與工業(yè)廢水中撲熱息痛的摩爾比為1:1～1:4。

　　上述固定化辣根過氧化物酶是以通過氨基化修飾、戊二醛活化的納米碳球為載體，對辣 根過氧化物酶固定化獲得，具體制備方法是：

　　1)將8克葡萄糖溶于80毫升蒸餾水中并攪拌至澄清，然后轉(zhuǎn)移至100毫升高壓反應(yīng)釜 中，180℃反應(yīng)8小時，冷卻至室溫，離心，所得沉淀用蒸餾水和乙醇交替洗滌數(shù)次，最后冷 凍干燥，獲得納米碳球;

　　2)將100毫克步驟1)所制備的納米碳球加入20毫升蒸餾水中并攪拌分散1小時，然 后緩慢滴加8毫摩爾氨水并繼續(xù)攪拌2小時，離心，所得沉淀用蒸餾水洗滌數(shù)次，最后冷凍 干燥，獲得氨基化修飾碳球;

　　3)將100毫克步驟2)所制備的氨基化修飾碳球加入20毫升體積濃度為2%的戊二醛中， 室溫下反應(yīng)30分鐘，離心，所得沉淀用蒸餾水洗滌數(shù)次除去未反應(yīng)的戊二醛，最后冷凍干燥， 即獲得述固定化辣根過氧化物酶載體;

　　4)將100毫克步驟3)所制備的固定化辣根過氧化物酶載體和10毫克辣根過氧化物酶 在10毫升濃度為0.1摩爾/升、pH=7的磷酸鹽緩沖液中混合后，在25℃振蕩18小時，然后 用0.1摩爾/升、pH=7的磷酸鹽緩沖液反復(fù)沖洗產(chǎn)物，直至淋洗液中沒有游離酶，即獲得固定 化辣根過氧化物酶。

　　所述固定化辣根過氧化物酶的粒徑為180～220納米，酶固載量為3～4毫克/克，酶活為 500～600U/克。

　　本發(fā)明提供的對水中撲熱息痛的分析方法如下：

　　采用高效液相色譜(HPLC)進(jìn)行分析，流動相為甲醇和水溶液的混合液，體積比為20： 80，流速1.0毫升/分鐘，二極管陣列檢測器測定波長為250nm。

　　本發(fā)明優(yōu)點在于：

　　(1)本發(fā)明提供的固定化辣根過氧化物酶載體的制備綠色溫和，成本低廉;制備出納米 碳球材料，具有均勻的球形結(jié)構(gòu)和粒徑、良好的分散性，且表面富含大量的羧基和羥基等官 能團(tuán);本發(fā)明提供的固定化辣根過氧化酶是通過化學(xué)鍵的作用共價鍵合將辣根過氧化物酶與 載體牢固結(jié)合，不會因為過高濃度的底物或鹽類的存在等原因而使酶分子而從載體上脫落， 克服了酶鏈接不緊密，生物相容性差等缺點，提高了固定化酶的操作穩(wěn)定性;本發(fā)明提供的 固定化辣根過氧化物酶活性高，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，較之游離酶更加耐受溫度、pH和有機(jī) 溶劑等極端環(huán)境，水溶液儲存穩(wěn)定性好。

　　(2)本發(fā)明采用固定化辣根過氧化物酶去除水中撲熱息痛，能夠高效去除工業(yè)廢水中難 以降解的撲熱息痛污染;

　　(3)本發(fā)明方法操作簡單，綠色環(huán)保，凈化率高，具有良好的環(huán)境效益;

　　(4)本發(fā)明的固定化辣根過氧化物酶易回收重復(fù)利用，極大的降低了成本，具有良好的 應(yīng)用前景及經(jīng)濟(jì)效益;