[发明专利]一种利用珠线状生物酶活性纤维膜净化水中多环芳烃的方法

说明书

技术领域

本发明属于水体净化领域，尤其是关于多环芳烃污染水体的净化领域，具体为一种利用珠线状生物酶活性纤维膜净化水中多环芳烃的方法。

背景技术

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbon，简称PAH)，是指一类含有2个或2个以上苯环，以线状、角状或簇状排列的稠环型化合物，熔点和沸点较高，具有疏水性强、蒸气压小、辛醇-水分配系数高等特点。多环芳烃是最早发现且数量最多的致癌物(目前已现的致癌性多环芳烃及其衍生物已超过400种)，而其中的苯并(a)芘(简称BaP)的致癌特性最强，因此它被当做环境受多环芳烃污染的指标。1979年美国环保局(EPA)公布了129种优先监测污染物，其中有16种多环芳烃。由于多环芳烃具有较高的亲脂性，它们可长久存在于环境中并可通过生物链累积最终进入人体，对人类健康和生态环境具有很大的潜在危害，已引起各国环境科学家的极大重视。

20世纪50年代以来，化学工业的飞速发展使人工合成的有机物种类和数量与日俱增，并随人类的活动大量进入自然环境。其中多环芳烃在环境中难降解，可远距离传输，能够通过大气沉降、废水排放、垃圾淋溶、洪水冲刷和农田退水等渠道进入地表水体，使得水体受到多环芳烃污染的形势日益严峻。我国各省市湖泊和河流都受到不同程度地多环芳烃的污染。研究表明，北京市通州地区河流水体16种多环芳烃全年浓度范围为87～1889ng·L^-1；长江武汉段干流、支流和湖泊的水相中多环芳烃总量的变化范围为0.242～6.235μg·L^-1；大辽河水系表层水中多环芳烃总量浓度分布范围为946.1～13448.5ng·L^-1；河北省境内的地表水中16种多环芳烃的均值为(84.5±4.5)ng·L^-1，最低含量为9.5ng·L^-1，最高含量达到18236.6ng·L^-1。由于PAHs在水中的溶解度小，存在的浓度低，采用一般的化学法不仅效率低，而且可能给水生态环境造成二次污染；而直接使用生物法也具有周期长，成本高等缺点。吸附法和萃取法等物理方法可对低浓度多环芳烃起到快速浓缩富集并部分处理的作用，但它并未消除污染物，被富集或浓缩的多环芳烃必须得到进一步处理，常需要将物理法作为一种预处理手段与其他处理方法联合使用。因此，如何开发一种快速有效的净化水中多环芳烃的方法是环境工作者急需解决的难题之一。

相关研究表明，利用乳液电纺技术可制备得到载漆酶的直线状电纺纤维。该直线状纤维表面具有多孔结构，且可以将漆酶包埋在多孔纤维中，使其免受外界影响而保持较高的酶活。该直线状电纺纤维对水中微量的多环芳烃具有较好的富集性能，而这种预先富集对漆酶催化降解多环芳烃有较强的促进作用，可显著提高生物酶利用率和表观酶活。因此，利用该纤维可以同时吸附、降解水中的微量多环芳烃。此外，制备电纺纳米纤维所用的高分子聚合物可以选用可生物降解的疏水性高分子材料(如聚乳酸—乙醇酸共聚物)，利用这类材料制备得到的电纺纤维对多环芳烃具体良好吸附性能；此外，该材料生物相容性良好，可以有效保持酶活性，且在自然界中可逐渐完全降解为二氧化碳和水，并不会对环境造成二次污染，是一种环境友好材料。但是由于直线状电纺纤维的载酶量有限，导致其在净化实际多环芳烃污染水体方面的局限性较为明显。如果在制备电纺纤维后再采用化学或者物理方法在纤维表面增加载酶量，不仅操作复杂增加制备成本，而且漆酶容易受到外界环境因素干扰而丧失活性。因此，如果能够制备珠线状漆酶活性纤维膜，使酶被包埋固定在珠泡中，而珠泡之间由直线状纤维连接起来形成珠线状纤维，那么就既能提高纤维的载酶量，又能保持较高的酶活性。利用该珠线状漆酶活性纤维膜不仅能可以快速吸附水中的多环芳烃，同时能实现对多环芳烃的高效降解，为水中多环芳烃的净化提供了一种有着广阔实用前景的新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用珠线状生物酶活性纤维膜净化水中多环芳烃的方法，即利用乳液静电纺丝技术制备得到珠线状载漆酶电纺纤维，直线状的纤维能够对水中多环芳烃进行快速地吸附，再由珠泡中包埋的漆酶对吸附的多环芳烃进行高效地降解，以达到净化水中多环芳烃的目的。该方法所采用的珠线状生物酶活性纤维膜制作设备、流程简单，成本低廉，易于回收利用，不会对环境造成二次污染；且方法高效简便，实用前景广阔。

本发明的技术方案是：