葡萄糖氧化酶产过氧化氢的规律研究开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:4487字

1. 研究目的与意义

我国较多行业的工业废水如制浆造纸、酵母、酒精、木薯淀粉等,具有排放量大、污染物含量高、组分多、色度深、难生化降解等特点,经传统生化处理后,水中仍残留部分难降解有机物,且无法经气浮/混凝等传统物化方法有效去除,水质往往不能达到新发展形势下的排放标准及减排要求,给环保行业带来新压力。Fenton 技术正是在这样的背景下形成的一种高级氧化技术(AOPs),其实质是 H2O在 Fe2 的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(OH),OH 可与大多数有机物作用使其降解。Fenton 技术与其他高级氧化技术相比,因其设备简单、操作简便、反应快速、高效、可产生絮凝澄清等优点而受到重视; 尤其在处理难生物降解废水方面,Fenton 技术的应用范围不断扩展,取得较好的效果。 研究商品化葡萄糖氧化酶在不同条件下产过氧化氢的规律,可以得到最优条件下产出的最适过氧化氢量,以此优化Fenton技术。

2. 国内外研究现状分析

高纯度葡萄糖氧化酶为淡黄色粉末,易溶于水,完全不溶于乙醚、氯仿、丁醇、吡啶、甘油、乙二醇等。50%丙酮、66%甲醇能使其沉淀,一般制品中含有过氧化氢酶。分子量为左右,每摩尔酶含2摩尔fad。酶的最大光吸收波长为377nm和455nm。在紫外光下无萤光,但是在热、酸或碱处理后具有特殊的绿色。固体酶制剂在0℃下保存至少稳定两年,在-15℃下稳定8年。葡萄糖氧化酶稳定的ph范围为3~4,最适ph5,如果没有葡萄糖等保护剂的存在,ph大于8或小于3,葡萄糖氧化酶将迅速失活。葡萄糖氧化酶的作用温度为30~60℃,该酶对edta、kcn及naf不受阻抑,但hgcl、agcl、对氯汞苯甲酸和苯肼对酶有阻抑。

葡萄糖氧化酶的催化特性:葡萄糖氧化酶的每个酶分子中含有两单位fad(黄素腺嘌呤=核苷酸),作为受氢体催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸,并产生过氧化氢。

葡萄糖氧化酶的催化反应,按条件不同有如下三种形式:

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3. 研究的基本内容与计划

利商品化葡萄糖氧化酶,研究其在不同条件下葡萄糖氧化酶产过氧化氢的规律,葡萄糖浓度、温度、ph、酶浓度、反应时间,并优化相关的条件,测定过氧化氢的产量等,评估浓度平。一般来说,(1)葡萄糖氧化酶催化反应需要氧的参与,反应温度改变将导致反应体系中氧的浓度发生改变,从而影响酶活性。温度升高时,反应体系中氧的溶解度下降,这就抵消了温度升高时对酶反应速度的影响。在一定的温度范围内(30℃~60℃),温度变化对葡萄糖氧化酶活力的影响不显著。(2)葡萄糖氧化酶的活性在ph4.5~ph7.0之间保持良好的稳定性。ph大于7.0或小于4.5酶将迅速失活。(3)葡萄糖氧化酶的抑制剂为hg2 、ag 、对氯代汞基苯甲酸、苯基脲乙酯及肼、苯肼、亚硫酸钠、双甲酮等巯基螯合剂。腺嘌呤二核苷酸(fad)对其结构有稳定作用。甘露糖、果糖以及d-阿拉伯糖对葡萄糖氧化酶有比较明显的竞争性抑制作用,因此不宜与其共同使用。氰化物和一氧化碳对酶没有抑制作用。每个因素少变化四个平,记录原始数据,采 excel 进数据分析,利 origin 画图,评价结果值。

研究计划:

2018.12-2019.01查阅文献资料,撰写文献综述和开题报告。

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4. 研究创新点

到目前为止,Fenton 技术作为废水的深度处理氧化法中的主流方法之一,具有反应迅速、氧化彻底,及可以处理不同类型废水等优点,它的应用范围正在不断扩展。 该技术既可在废水处理的中段提高废水的可生化性,又可以在处理系统的末端进行深度处理,使外排废水的水质达到排放要求。

1964 年 Eisen-houser 首次使用 Fenton 试剂处理苯酚及烷基苯废水 ,开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例 。 该法既可以作为废水处理的预处理,也可以作为废水处理的最终深度处理。 因此,Fenton 试剂法受到了环境工作者的广泛关注,在国内外废水处理中有着广阔的应用前景,日益受到国内外的关注和研究。Fenton 试剂的氧化性没有选择性 ,能应用于各种废水的处理。 张平凡等用 Fenton 试剂处理含酚废水,对氨基酚的去除率为 96%~98%,处理后废水色度明显降低,改善可含酚废水的生物降解性能。孙红文等研究 Fenton 法与光 Fenton 法降解农药废水, 结果发现 10min内使农药的降解率达到85%,TOC 去除率达到 80%以上。 俄罗斯科学用 Fenton技术处理含有氰化物和硫氰化物的废水,氧化率分别达 99.8%和 84.0%。张晖进行了 Fenton 试剂在垃圾渗滤液中的中型试验,当加入适当试剂,COD 的去除率可达 67.5%,提高了垃圾渗滤液的可生化性 。 P.K.Malik 等研究 Fenton 技术直接降解染料, 在优化条件下,30min 内 97%染料被降解,60min后 COD 可去除 70%。 这些研究还表明,Fenton 技术在处理各种废水时具有反应启动快,并在酸性条件下,常温常压就能反应的特点,也不需要设计复杂的反应系统,设备简单。葡萄糖氧化酶是制备过氧化氢最简便的方法之一,操作简单,试剂易得,过氧化氢具有(1)产品较为稳定,储存时每年活性氧的损失率低于1%;(2)过氧化氢没有腐蚀性,较为安全,处理液体时所需要的设备较简单;(3)与水任意比互溶,不存在溶解度方面的问题;(4)过氧化氢分解后的产物为氧气和水,不存在二次污染的问题,使用过程中不需要额外氧化剂处理。其研究可对后续芬顿技术的研究具有一定作用。

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