[发明专利]一种用于光催化和酶催化复合反应研究的装置

说明书

技术领域

本发明装置涉及一种用于光催化和酶催化复合反应研究的装置，主要用于光催化和酶催化复合活性评价，降解污染物动力学研究。

背景技术

氯酚类物质是一类难降解化合物，长期以来被广泛应用于木材防腐、杀虫剂、除草剂、农药、燃料和增塑剂等的生产中。其生产废水毒害很大，对生物组织具有较强的变性作用，强烈刺激皮肤、黏膜，并具有腐蚀性。氯酚的毒性随其氯化程度的增加而增大，且难降解。美国、中国等国家已把其列入水中有害物质或优先污染物“黑名单”。因此，如何消除环境中氯酚类化合物的污染成为受到广泛重视的课题。目前常见的控制氯酚污染的方法有超滤法、化学沉降法、活性污泥法、好氧/厌氧法等。近年来，随着光催化技术和酶催化技术的日益成熟，二者在去除氯酚类污染物方面逐渐占据了主导地位。但光催化和酶催化技术均存在一定的技术缺陷，目前尚不能大规模应用。

漆酶(Laccase)是一种单电子氧化还原酶，能够对包括氯酚类化合物在内的多种芳烃化合物进行氧化性聚合和解聚，还能直接对氯酚脱氯，从而达到氯酚脱毒的目的。漆酶去除氯酚类污染物较之传统方法表现出一定优势，如分解效率高、操作简单、适用范围广，是目前氯酚类污染物处理领域的研究热点之一。但使用游离漆酶或固定化漆酶也存在成本高、易受外界因素干扰等不足之处。特别是漆酶对高氯代氯酚的降解能力低是酶催化的固有缺陷，难以克服；光催化应用技术工艺简单、成本低廉，可无选择性地催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点。但光催化受限于对光源的依赖性，特别是紫外光源。因此无法回避其降解过程的能耗和经济性问题。

将二者结合可望克服上述缺陷，如实现水处理过程有光无光条件下的连续性，提高对高氯代氯酚(如五氯酚)的降解率，并可增强对外界因素干扰的抵御能力，提高对多种氯酚的脱毒效率。但光催化反应所必需的紫外光对酶催化活性有较大影响，能对酶的蛋白质结构造成破环和损伤；酶催化和光催化在同一反应系统中执行催化效果也会受到不同反应形式的限制。这对二者在同一体系中反应构成了障碍，需要设计新型反应器以回避上述问题。催化反应器作为反应的主体设备，直接决定了催化反应的效率，因为反应器的材料、结构、形状、光源的几何位置等很多因素决定了催化剂活性的发挥和对能源的利用等情况。所以，如何提高对催化剂利用率及使催化剂活性、稳定性得到最大发挥已成为反应器研制和开发的中心，也是环境水处理研究的重点之一。

其次，对复合催化反应的催化活性没有统一的评价标准和规范，不同研究者所设计装置相差很大，评价方法不同，不同实验室的实验结果没有可比性使得很多研究者不得不做很多重复工作，从而影响了水处理技术的发展，因此，亟待开发新型的复合催化反应器以实现对反应的精确控制、高效反应和即时评价之目的。

发明内容

本发明装置的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单，操作方便，能评价各种类型光催化剂和固定化酶催化的复合催化活性的装置。

本发明装置通过以下方案实现：

一种用于光催化和酶催化复合反应研究的装置，包括圆筒状的催化反应器1、磁力搅拌器2、管状的紫外光源3、筒状的避光外罩4、膜压环套件5和筒状的多孔避光罩6。催化反应器1为平底上开口圆筒，放置在磁力搅拌器2上，以实现对反应器内溶物的均匀分散。在催化反应器1筒周围垂直分布多个紫外灯管作为紫外光源3，紫外光源3外加设筒状避光外罩4，以防止短波紫外光对人的伤害。在催化反应器1内部插入连接好的膜压环套件5和多孔避光罩6。膜压环套件5垂直插在筒状多孔避光罩6的内部，以避免紫外光对酶的伤害。

所述的催化反应器1为石英材质；

所述的磁力搅拌器2为市售普通型，可调转速，最高转速1200rpm；

所述的紫外光源3为市售紫外荧光灯，管状，主波长为365nm；

所述膜压环套件5为不锈钢材质，由多个不锈钢环组成，不锈钢环侧面均匀地开有多个圆孔，使用时将酶膜夹在两个圆环之间，层层压紧组合成一长筒置于多孔避光罩内，圆孔用于提供水体交换的通道；

所述的避光外罩和多孔避光罩为不锈钢材质，避光外罩上部和多孔避光罩上部由圆环焊接在一起。圆环上均匀开多个孔，以放置紫外灯管。多孔避光罩筒壁上均匀开有多个圆孔，既能保证内外部水体充分交换，又能遮蔽紫外光以防止其对酶的损害。

该装置采用颗粒状光催化剂和膜固定化的酶催化剂；反应时，反应液置于石英催化反应器中，与粉末光催化剂相混合在紫外光照射下呈悬浮态反应；固定化酶催化膜由压环套件固定后，在避光保护罩内反应。