一種磁性氧化石墨烯固定化的cpo及其制備方法和應用
【專利說明】-種磁性氧化石墨烯固定化的CPO及其制備方法和應用 【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機染料廢水的處理技術領域，具體涉及一種磁性氧化石墨烯固定化 的CP0及其制備方法和應用。 【【背景技術】】
[0002] 我國是一個染料工業和紡織印染業較為發達的國家，染料年產量達150000噸，位 居世界前列。隨著染料工業的發展和印染加工技術的進步，染料結構的穩定性大為提高，給 脫色處理增加了難度，目前印染廢水的脫色問題已成為國內外廢水處理中急需解決的一大 難題。
[0003] 常用的染料廢水處理方法除了生化處理和吸附法，還包括物理化學或化學脫色如 氧化還原法、離子交換法、膜法、混凝法等。高級氧化法脫色被認為是一種很有前途的方法， 但其昂貴的價格成為制約其廣泛應用的重要原因，一些傳統的氧化方法如次氯酸鈉、過氧 化氫、臭氧和紫外氧化等證明對廢水脫色效果不是很理想;活性炭吸附、膜分離的處理成本 較高;混凝法會產生大量污泥，容易造成二次污染。
[0004]蒽醌類染料是使用最普遍的一類染料，如奧酸性蘭和茜素紅，其排入自然界后難 以自然分解，因此加速了環境的污染。
[0005] 奧酸性蘭(Acid Blue 45)常用于蛋白質類紡織的染色，紙、皮具、皂類和化妝品的 著色。由于它的芳香結構很難破壞(結構如下），在廢水中脫色相對緩慢。奧酸性蘭作為一種 有機染料，其屬于蒽醌染料，被認為是誘變劑或致癌物質之一，排放產生的危害較大，因而 其脫色降解非常必要。奧酸性蘭(Acid Blue 45)結構式如下：
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[0007] 茜素紅(Alizarin Red S)，又名1，2-二羥基蒽醌-3-磺酸鈉，是一種廣泛應用于染 料、酸堿指示劑中的典型的蒽醌類化合物。其結構如下式所示。
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[0009]粉末狀的茜素紅呈橙黃色或者棕黃色，易溶于水，微溶于無水乙醇，不溶于苯和氯 仿。茜素紅水溶液呈現的顏色隨著溶液的pH值變化，變色范圍為pH從3.7 (黃色）~5.2(紫 色），故將其配制成為濃度0.05%~0.2%的水溶液可用作酸堿指示劑和絡合滴定的指示 劑。茜素紅具有結構復雜、穩定性強、化學需氧量大、毒性較高等特點，排入水體會消耗水體 溶解氧，造成水生生物的死亡，經過富集作用會危害人體健康。
[0010]目前，奧酸性蘭處理的方法有:一是生化法處理。臭氧作為殺菌劑的白腐真菌反應 器系統持續脫色奧酸性蘭，其連續脫色操作為25天，平均脫色率為84%，但是其連續脫色操 作的時間較長，生化處理過程中有害分子降級速率低，設備投資大，運行費用高；二是吸附 法。奧酸性蘭吸附在介孔材料上，最大吸附量為166. lmg/g;表面修飾的產黃青霉菌絲體吸 附陰離子染料奧酸性蘭，最大吸附量為196mg/g;鉻革肩（CS)吸附奧酸性蘭，溫度為323K時 最大吸附量l〇〇mg/g，最大去除率為92.93%，吸附脫色具有只吸附染料，但不破壞其結構 的特點，使用的吸附劑往往存在吸附量不夠，或再生不容易的缺點。
[0011]傳統的固定化酶反應器多采用固定床，固定床反應器是將固定酶填充在反應器內 以進行催化反應的裝置，一般為柱狀，是一種普通多用的反應器。底物溶液從反應器下部進 入，以一定的流速穿過固定化酶，在出口收集產物。固定床反應器雖然具有成本低、操作簡 單、單位反應器體積容納催化劑多等優點，但同時也存在以下缺點，一是傳統的固定化酶反 應器在機械攪拌或氣升式反應器中，可部分增強傳質，但顆粒的碰撞或摩擦又會造成固定 化載體的損失。二是在酶的固定化過程中，較小的載體粒子在流化床中會引起大的壓降，而 且流速過快，固定化酶會沖出流化床。
[0012] 氯過氧化物酶(CP0)是從海洋真菌Caldariomyces fumago中分離出來的一種血紅 素過氧化物酶(42kDa)，因其獨特的活性中心結構，具有多種催化活性，因而被認為是過氧 化物酶家族中應用最廣泛的酶。但游離狀態下的氯過氧化物酶在極端條件下穩定性差，易 失活，且不易從反應環境中分離出來進行重復使用，這些都制約了其大規模產業化應用。 【
【發明內容】
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[0013] 本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種磁性氧化石墨烯固定化 的CP0及其制備方法和應用，該方法能夠將磁性氧化石墨烯作為載體，并對CP0進行固定，提 高CP0的穩定性，所制得的磁性氧化石墨烯固定化的CP0易分離進行重復使用，并能夠應用 于蒽醌類染料的降解，降解率高。
[0014] 本發明制備方法的技術方案是：
[0015] 包括以下步驟：
[0016] 首先取磁性氧化石墨烯并依次加入磷酸緩沖溶液和CP0溶液混合均勻，得到反應 液，其中磁性氧化石墨烯和CP0的質量摩爾比為0.98ug: (1.5~3.5) X l(T4um〇l，將反應液 振蕩5~180min后進行分離，得到固體Α，對固體Α進行清洗得到磁性氧化石墨烯固定化的 CP0〇
[0017] 進一步地，磁性氧化石墨稀是通過以下步驟制備得到的：
[0018] (a)取氧化石墨烯分散在超純水中，得到氧化石墨烯懸浮液；
[0019] (b)在氮氣環境下，將NH4Fe(S〇4)2 · 12H20、（NH4)2Fe(S〇4)2 · 6H20和體積分數為 25 %的氨水，按照Fe3+:Fe2+:氨水=(1.3~1.7)mol: lmol: 675.7mL的比例溶于超純水，得到 磁性Fe3〇4納米粒子；
[0020] (c)向步驟(b)的磁性Fe3〇4納米粒子中滴入步驟(a)中的氧化石墨稀懸浮液，其中 氧化石墨稀和Fe2+的質量摩爾比為(40~60)g: lmol;在80~90°C攪拌30~50min后，分離得 到磁性氧化石墨稀。
[0021] 進一步地，步驟(c)中磁性氧化石墨烯是用磁鐵分離出來的，且磁性氧化石墨烯烴 過洗滌、干燥和研碎的后處理步驟。
[0022] 進一步地，磁性氧化石墨烯先分散在超純水中，經過超聲分散均勻得到濃度為 lmg/mL的磁性氧化石墨烯懸浮液，然后經過離心分離得到固體B，再向固體B中加入磷酸緩 沖溶液和CP0溶液。
[0023]進一步地，反應液的pH值為2~6。
[0024]進一步地，反應液是在4~40°C的冷凍水浴振蕩器中反應的，振蕩器的轉速為 350r/min〇
[0025]進一步地，固體A的清洗是用濃度為O.lmol · I/lpH值為3的磷酸緩沖溶液洗兩次。 [0026 ]如上所述制備方法制備的磁性氧化石墨烯固定化的CP0。
[0027] 本發明磁性氧化石墨烯固定化的CP0在降解蒽醌類染料中的應用，其技術方案是： 包括以下處理步驟：
[0028] 首先在蒽醌類染料中加入磷酸緩沖溶液，再加入磁性氧化石墨烯固定化的CP0和 H202,得到降解反應體系，進行降解反應;其中，蒽醌類染料為奧酸性蘭或茜素紅;奧酸性蘭、 磁性氧化石墨烯固定化的CP0和H 2〇2之間的比例為(0.3~1) X 10_4mmo 1:(1.5~3.5)X10- 4umol: (0 · 0026~0 · 013)mmol;茜素紅、磁性氧化石墨稀固定化的CP0和H2O2之間的比例為 (0 · 1~1) X 10-4mmol: (1 · 5~3 · 5) X 10-4umol: (0 ·0065~0 ·0195)mmol。
[0029] 進一步地，降解反應體系的pH值為2~6;降解溫度為25~50°C;降解時間10~ 180min〇
[0030] 與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
[0031] 本發明制備方法中，利用磁性氧化石墨烯作為載體固定氯過氧化物酶，①提高酶 的生物相容性;②提高酶分子的結構穩定性，易于將酶與底物和產物分離;③操作簡便、回 收后反復使用、可降低成本;④該磁性載體固載酶后可放入磁場穩定的流動床反應器中，可 以減少持續反應體系中的操作，磁場流化床的應用能夠克服傳統的固定化酶反應器的缺 點，酶或其他生物活性物質固定于磁敏性載體上，借助磁場作用控制粒子運動，可擴大操作 液速范圍，改善傳質，減少顆粒間摩擦，有效抑制床層堵塞，應用磁場流化床做固定化生物 反應器可有效避免固定化載體的損失。磁場流化床反應器可大大提高粒子的帶出速率，適 合于工業上大規模連續化操作。
[0032] 本發明中氯過氧化物酶固定化后，既能保持酶的催化活性又能克服游離酶的一些 不足，提高酶分子結構的穩定性及操作穩定性，而且易