[发明专利]一种细菌纤维素固定化漆酶POPs消减材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种细菌纤维素固定化漆酶POPs消减材料的制备方法。采用方法的要点是将斜面菌种转接到种子培养基中进行动态培养，然后再次转接静态培养获得细菌纤维素膜薄膜；采用0.1%的NaOH在水浴中处理，然后用去离子水冲洗至中性，冷冻干燥得到细菌纤维素干膜；最后采用吸附‑交联法制备固定化漆酶材料，可用于处理自然水体中的持久性有机污染物。该方法操作简单、安全环保、可控性强。本发明制备的细菌纤维素薄膜能安全高效的固定化漆酶，最大限度地保持酶活性，规避了传统游离态漆酶降解水体中POPs污染物流失严重、难以重复使用等问题，有利于自然水体中POPs的高效、安全降解与消除。

技术领域

本发明涉及一种POPs消减材料的制备方法，特别涉及一种细菌纤维素固定化漆酶POPs消减材料的制备方法，属于环境保护工程技术领域。

背景技术

持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)是指具有毒性、生物蓄积性和半挥发性，在环境中持久存在，可通过各种环境介质(如大气、水、生物体)长距离迁移，最终影响人体健康和环境安全的天然或人工有机污染物。由于POPs具有环状高分子化合物的化学稳定性，在常规废水处理系统的生化环节很难被厌氧或好氧微生物分解，大多仍残留于工业废水中，最终随外排水流入生态系统，在河道、湖泊等自然水体内不断富集造成环境恶化。因此，鉴于POPs的高毒性、不易降解及其生物累积性和在食物链中无限放大效应，加速研发高效、安全减少与消除自然水体中POPs污染物的新型环境治理材料，减轻生态系统的POPs污染负荷迫在眉睫。

研究发现，漆酶可催化多种酚型和非酚型化合物，特别对于降解氯酚类污染物、多环芳烃、氯仿、苯及其衍生物等POPs污染物效果尤为显著。漆酶作为一种催化底物广、贮存要求低、催化全过程无二次污染的高效氧化酶，有望应用于自然水体中POPs污染物的高效、安全减少与消除。但游离的漆酶会出现：(1)漆酶流失严重，难以从水体中分离并重复使用；(2)受到实际水体复杂环境影响，易变性失活，进而造成漆酶处理成本大幅上升，严重限制了其在水环境治理领域的应用与推广。而酶固定化技术则可以明显改善漆酶在水体催化过程中重复利用率低、易失活等问题。

植物纤维素是地球上含量最丰富的天然高分子化合物，由单一的D-葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键链状连接而成。而细菌纤维素是一种由微生物合成的高纯度胞外生物纤维，其化学结构与植物纤维素相似，但不同于植物纤维素的是细菌纤维素在生物合成过程中逐层形成，由纳米级纤维逐渐形成三维立体网状结构，获得的细菌纤维素具有高比表面积、高结晶度、高持水性和透水性，具有良好的生物相容性和生物可降解性，其表面富含裸露的-OH基团，可作为与酶结合的偶联位点。因此，将考虑BC作为固定化漆酶的载体，通过酶固定化技术解决漆酶在实际催化过程中重复利用率低、易失活等问题，实现漆酶对自然水体中POPs污染物的高效催化降解。

在细菌纤维素固定化生物酶领域，中国专利(201510391158.0)“原位发酵制备细菌纤维素的方法”以原位发酵制备细菌纤维素，通过添加非金属矿无机凝胶至细菌纤维素发酵培养基中，再添加产细菌纤维素菌株，通过发酵分离获得细菌纤维素产品；中国专利(201510280360.6)“一种以细菌纤维素为载体的固定化酶及其制备方法”以细菌纤维素为载体的固定化酶，通过C-N键进行共价结合，并对细菌纤维素的尺寸和形状可控，获得形状与尺寸多样化的固定化酶；中国专利(201810027453.1)“一种细菌纤维素固定化微藻处理废水的方法”将木醋杆菌培养基接入微藻的培养液中，以木醋杆菌产生的纤维素捕集微藻并固定化形成团状或球状用来处理各种废水；美国专利(US 20170191100 A1)“Bacterialcellulose and bacterium producing it”以液体中高度分散的细菌纤维素，当施用于材料时显示优异的成型性能和与其它材料的高混溶性，获得高适用性的实用材料及作为生产细菌纤维素的细菌。截至目前，还未见到利用细菌纤维素作为固定化漆酶支架制备POPs消减材料的相关工艺技术的出现。