试论磁性固定化技术在环境工程领域的研究和应用进展

何莉 孙林溪 廖志强 黄永辉 谈涛��

摘要：近年来，环境污染问题日益严重，亟需开发一些新的环境治理技术。新兴的磁性固定化技术由于成本低、效率高等优点在大气治理、废水治理、环境检测等方面得到了广泛应用。本文阐述了磁性固定化技术在环境工程领域的应用，并剖析了它的发展前景。

关键词：磁性固定化技术；环境工程；研究和应用

磁性固定化技术因为其特别的磁学特性，将高分子材料与其组合在一起，对其表面通过改性和修饰增大它的生物兼容性，能够作为固定微生物的载体。因为它的这个特性，在我国的环境工程上拥有巨大的发展空间，在废水、废气处理以及环境监测领域广泛应用。

1 磁性载体的固化方式

1.1 共价法

[JP2]在分子或基团之间形成共价键，由于共价键非常牢固，共价键一旦形成，就意味着这两个分子或基团将密不可分，变得相当稳定，这就能够在一定程度上减少酶脱落的现象出现。但是这种方法缺点也很明显，比如使载体活化、繁复的固化过程等，而且在构建共价键时还需要严格的环境要求，因此，只有满足反应条件并严格监控反应进程才能得到活力良好的固定化酶。

1.2 吸附法

吸附法，很明显是一种物理方法，将酶固定在多孔玻璃或者类似载体上，而且类似的载体有很多种，不过主要是高分子材料。这种方法固定条件比较温和而且操作简便，在吸附时，载体能够被更好的固定和纯化，活化失活的酶，再生所使用的载体。

1.3 包埋法

这种方法要求的环境与其他的方法都有很大的不同，格子结构或者聚合物材料的微囊是其固定发生的环境。虽然环境比较特殊，但是能提前防止酶蛋白的释放而且操作过程很简单。不过美中不足的是在固定过程中可能会有少许底物在该环境中与酶接触。这种方法实现了酶分子的包埋，不会降低酶分子的生物活性，不过是用于较小的底物，不适合用于相对大

2 磁性固定化技术的应用

2.1 废气处理

磁性固定化技术的固化实验反应速度很快，在高密度的反应物中仍有较高的速度，而且在反应结束后，产物容易分离。因为具有这些特点，磁性固化技术在废气处理中被大量使用。

部分科研人士[1]从海藻酸钠的固化实验中得到了理想的实验成果，实验中尝试降解氧化亚硫酸铁，结果表明实验中氧化亚硫酸铁的残余量不到实验刚开始的百分之三，这在实际应用中应该也能取得良好的效果。

还有一部分科研人员 [2]以海藻酸钙为固化载体来固定微生物，并对硫化氢等有害气体进行了净化实验。实验结果表明，该微生物颗粒净化了大概百分之九十的硫化氢气体。另外，马艳玲利用活性炭的特性来吸附假单胞菌，以此来达到处理厨房中油烟废气的目的。在实验中，当气体流速在8L/h以下，油烟浓度低于100mg/L，反应器皿的容积负荷在2.5～19.0g/m3h范围之间，油烟在反应器中停留的时长在三十秒以上时，该反应器能够在短时间内分解废气中百分之九十五以上的油烟气体，反应效率很高，对油烟废气的处理结果十分理想。

2.2 环境检测

现在的医学与生物学中，免疫磁性分离技术早已投入使用，并渐渐趋于成熟。随着该技术的不断发展，在环境检测中也能起到很好的作用。免疫磁分离技术可以把目标微生物从样品中分离出来，如果将多聚酶链式反应以及荧光免疫分析等技术在环境检测过程中有机的组合在一起，就能够极大的提高检测的极限，提高微生物的分离效率。比如，在对废水中的大肠杆菌浓度检测中，通过免疫磁性分离技术及其他技术组合来进行实验，这可以使反应时间大大缩短[3]。一些科研人员[4]在分离金属离子时，使用了磁性纳米微生物球，并对磁性纳米微生物球的表面做了改性处理，实验结果表明，在浓度为10ng/ml，pH值为4的溶液中，可以将Cu、Co、Pb等离子有序的提出，而且提取效率能够达到百分之九十甚至更高。因此若将该技术正式投入使用，就能极大地提高环境检测的效率。

2.3 废水处理

目前我国的水污染尤其严重，部分大江大河的难以达标，对废水进行处理刻不容缓。随着废水处理技术的发展，磁性固化技术逐渐进入了科研人员的视野。比如将细菌胞外酶固定在特定的磁性载体上，在分解污水中的大分子有机物时，能够在很大程度上提高分解效率。废水处理时并且能将微生物与载体分离，从而对废水中的微生物进行处理。如果对磁性载体做一些特殊处理，可以提高载体承载的微生物数量，在一定程度上提高的废水处理效益。

3 磁性固化技术的发展前景

由上文可以看出磁性固化技术在性能方面具有非常大的优势并且还有非常大的技术开发空间。虽然在环境工程这个领域磁性固化技术的应用才刚刚起步，但已经取得了良好的使用效果。正因为如此，加大该技术在环境工程方面的科研力度，扩大该技术的适用范围，是以后的发展方向。但目前该技术仍在存在的一些缺点，比如在磁性纳米球的制备方面，不同结构的纳米球机理性能不同，这为材料的制备带来了困难；微生物固定在磁性纳米球的方法存在部分固化方式反应环境较苛刻、固化酶性質多变等问题，需要尽量的进行改良；最后分离出的酶的处理方式仍有不足，无法保证酶的活性，工艺不完善。

4 结语

人们的社会在飞速发展，相应的科技也在飞速进步，在环境工程方面，随着磁性纳米技术的应用，通过共价法、吸附法、包埋法的使用，将酶或者微生物固定在特殊的载体上，再用磁性将它们分离，对酶或者微生物进行最后的工艺处理，这在处理废水、废气以及环境检测方面取得了很好的实际效果。在未来，通过对该技术的深入研究和应用，会在环境工程领域取得更大的成就。

参考文献：

[1]方明，汪泠，徐伟.磁性固定化技术在环境工程领域的研究和应用进展[J].科技创新导报，2015，12（32）：70+72

[2]李美汐.磁性固定化技术在环境工程领域的研究和应用进展[J].化工管理，2016，（23）：293.

[3]周瑾，周作明，荆国华.磁性固定化技术在环境工程领域的研究和应用进展[J].化工进展，2011，30（05）：11061111.

[4]毕生雷，张成明，李十中，刘钺，杜风光.固定化技术在生物能源及环境工程领域的研究和应用进展[J]. 酿酒科技，2015，（01）：102105.