固定化漆酶催化降解水中BPA的特性研究

王亚丽，刘梦婷，梁 瑞

(宁夏师范学院化学化工学院，宁夏 固原 756000)

含酚废水已成为水体污染的主要来源之一，具有危害性大、污染范围广等特点[1]。双酚A，简称BPA，常被用来合成聚碳酸酯和环氧树脂等材料制造的塑料瓶、玻璃涂料、食品包装和奶粉罐内涂层[2]。双酚A的危害极大，会导致人体内分泌失调，从而影响着胎儿和儿童的身体发育。目前，在人的唾液、血液、尿液中也测出了双酚A[3]。因此如何有效的降解BPA 是我们面临的一个重大问题。

研究者开发了各种处理手段，目前主要的处理方法主要有Fenton 催化法、光催化降解法、微生物处理法、电化学处理法等[4-6]，但这些方法在降解过程中仍存在一定问题，不能达到理想的效果，有的甚至会造成二次污染。近年来，漆酶因催化效率高、易获取、操作简单等特点，被广泛应用于水中酚类污染物的催化降解处理[7-8]。但是存在的问题是游离漆酶具有易失活、不可重复性等特点，致使其使用成本高，难以用于工业生产。漆酶的固定化技术可以克服游离漆酶的不足，极大地提高漆酶稳定性，降低使用成本[9]。固定化漆酶的方法有很多，如吸附法、包埋法、共价结合和交联等，研究表明，通过固定化后的漆酶可以保持较好的活性和稳定性。本文利用溶胶凝胶法制备磁性Fe3O4/SiO2复合材料，将其作为载体用于固定化漆酶，并研究了固定化漆酶对双酚A的去除效果。

1 实验部分

1.1 试剂仪器

双酚A、漆酶、30%的H2O2、磷酸缓冲液、三氯甲烷、氯化亚铁、氯化铁、聚乙二醇、甲苯、丙酮、四甲氧基硅烷(TMOS)、盐酸(36%-38%)、乙醇(95%)、戊二醛(50%)(AR，国药化学试剂有限公司)。

紫外可见分光光度计(UV-1700型，岛津国际贸易上海有限公司)；数显 pH酸度计(实验室pH计(FE20)，梅特勒-托利多仪器上海有限公司)；扫描电子显微镜(SEM，JSM-6700F，日本)。

1.2 实验方法

1.2.1 漆酶的固定化

先利用溶胶凝胶法制备Fe3O4/SiO2复合粒子，后取该复合粒子0.2g加入磷酸盐缓冲溶液(10 mL)和戊二醛(9%(W/V))(10 mL)的混合液中，25℃恒温水浴反应6 h，得产物后用蒸馏水洗涤5次，真空冷冻干燥，得实验所需的磁性载体。称取25mg该Fe3O4/SiO2复合粒子，加入一定量pH为6.0的磷酸盐缓冲溶液，再加入一定浓度的漆酶溶液，在25 ℃下恒温水浴反应4 h，得固定化的漆酶，用pH 6.0的磷酸盐缓冲溶液洗涤三次后，4 ℃下保存。

1.2.2 确定BPA的特征吸收波长并绘制标准曲线

配置一定量的BPA溶液，以磷酸缓冲溶液为参比，利用紫外分光光度计，在170 nm～330 nm波长范围内扫谱。结果如图1所示，确定270 nm为BPA的特征波长。

图1 BPA的吸收波长

绘制BPA的标准曲线：配置如图2所示的7个不同浓度的双酚A溶液，在10.0 mL的反应管中采用移液枪分别加pH值为6的磷酸缓冲溶液4000 μL，双酚A溶液400 μL。25 ℃恒温5 min后，将一定量的不同浓度溶液加入比色皿在UV测定其在270 nm处的吸光度值。以吸光度—浓度作图，得出图2标准曲线。

图2 BPA的标准曲线

1.2.3 固定化漆酶催化降解双酚A的条件测定

在10.0 mL反应管中加入4000μL不同pH的磷酸缓冲溶液，400μL不同浓度的BPA溶液和一定量的固定化漆酶溶液，最后再加入200μL 2.0 mmol·L-1的H2O2溶液，在25℃下反应20 min，用UV测定其吸光度值，计算BPA的降解率[10]：η=(A0-At)/A0×100%

2 实验结果讨论

2.1 磁性Fe3O4/SiO2复合粒子及固定化漆酶后的结构

以 Fe3O4为磁核包覆SiO2后得到 Fe3O4/SiO2，然后将漆酶固定于Fe3O4/SiO2上，图3(a)为磁性Fe3O4/SiO2复合粒子的 SEM图，图3(b)为磁性复合粒子固定漆酶后的SEM图。由图看出，磁性Fe3O4/SiO2复合粒子呈现球形分布，部分粒子有团聚的现象。

图3 (a)Fe3O4/SiO2纳米粒子的SEM图(b)固定漆酶后的Fe3O4/SiO2纳米粒子的SEM图

2.2 温度对BPA降解率的影响

在7支10.0mL反应管中分别加入 pH值为7的缓冲溶液4000μL、1.0 mmol·L-1的BPA溶液400μL和 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液200μL，在不同的温度下，加3 mmol·L-1的H2O2入400μL，实验持续30 min，考察温度对BPA降解的影响。结果如图4所示，温度为25 ℃时，降解率为45.2%，温度对降解率的影响较大。

图4 温度对BPA降解率的影响

2.3 pH对BPA降解率的影响

同上在7支10.0 mL反应管中分别加入相同量不同 pH值缓冲溶液、BPA溶液和固定化的漆酶溶液，在25 ℃下加入相同量的H2O2，30 min后停止反应，计算pH对降解率的影响。结果如图5，反应液pH为5时，降解效果最佳，达52.4%，从图中可以看出，在酸性环境中BPA更易被降解。

图5 pH值对BPA降解率的影响

2.4 H2O2浓度对BPA降解率的影响

在8支10.0 mL反应管中分别加入相同的4000 μL的pH值为5的磷酸缓冲溶液、400 μL浓度为1.0 mmol·L-1的BPA溶液和200μL 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液，定温25℃下将相同量不同浓度的H2O2分别加入反应管中，30 min后停止反应，计算H2O2浓度对降解率的影响。将结果绘图。从图6可以看出，H2O2浓度对降解率的影响很大，该实验在H2O2为4 mmol·L-1时，降解率为61.3%，效果最佳。

图6 H2O2浓度对降解率的影响

2.5 时间对BPA降解率的影响

在其它条件不变情况下考察反应时间对降解率的影响，反应条件如上，在确定H2O2浓度为4mmol·L-1下，时间不定进行反应。考察时间点如图7所示，从图中可以得出，开始反应的前20 min，反应较快，在20 min时降解率达到最大值65.8%，之后随着反应时间的延续，降解率下降。

图7 时间对降解率的影响

2.6 BPA浓度对降解率的影响

同样在7支10.0mL反应管中分别加入pH值为5缓冲溶液4000 μL，后分别加入不同浓度的BPA溶液400 μL和 5 mg·mL-1固定化的漆酶溶液200μL，25 ℃下恒温，加入4 mmol·L-1的H2O2溶液400μL，反应进行20 min后停止，计算BPA浓度对降解率的影响。结果绘图，从图8中可以看出，在BPA浓度为2.0 mmol·L-1时，降解率最大为68.0%。

图8 BPA浓度对降解率的影响

2.7 加入表面活性剂对BPA降解的影响

有文献指出加入表面活性剂能有效提高酶催化对酚类物质的降解率。本实验采用聚乙二醇为表面活性剂，考察加入聚乙二醇对BPA降解率的影响。在7支10.0 mL反应管中分别加入 pH为5的缓冲液4000 μL，然后依次加入不同量的聚乙二醇，25 ℃下反应，加入4 mmol·L-1的H2O2400μL，反应进行20 min停止，考察BPA的降解情况。从图9可以看出当加入聚乙二醇的量为1.5 mg时，降解率最好为73%。

图9 表面活性剂用量对降解率的影响

3 结论

通过以上实验确定在一定条件下，固定化漆酶能够有效地催化降解水中的双酚A。当反应温度为25 ℃，pH值为5时，在BPA、H2O2浓度分别为2.0 mmol·L-1、4 mmol·L-1，加入1.5 mg聚乙二醇，固定化酶用量1.0 μg的条件下反应20 min，BPA降解率可以达到73%。