[发明专利]一种固定化氰基水解酶的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种利用PVP-Fe₃O₄纳米粒子为载体固定化氰基水解酶的制备方法，并利用固定化氰基水解酶对腈纶无纺布进行表面改性，以强化膜生物反应器中无纺布膜的抗污染性能。

背景技术

膜生物反应器（MBR）作为膜分离技术与生物技术有机结合的污水处理新工艺，具有出水水质优良稳定、处理效率高、占地面积小、分离效果好、操作简便且易实现自动化控制等显著优点，使其在印染废水处理和回用方面成为一种很有竞争力的选择。然而，该工艺目前存在膜材料价格贵、膜污染问题严重、使用寿命短及操作压力大而带来的能耗高等严重问题，制约了该技术的推广应用。因此，在膜生物反应器技术开发中如何降低膜成本、减少膜污染是一个重要研究方向。

无纺布膜具有价格低廉、通量大、易清洗等特点，可以稳定可靠地应用于膜生物反应器中，降低膜生物反应器的制造和运行成本。然而，无纺布膜也存在膜污染问题，同时由于孔径大于传统的超滤或微滤膜材料，其处理出水水质也较差，这是该工艺实际应用需要解决的关键问题。

大量研究表明，胞外聚合物等疏水性溶质易在疏水性膜表面吸附和沉积，引起膜孔堵塞，造成膜污染。因此，如何增强无纺布膜的亲水性、减少无纺布膜表面与截留物质的接触及非定向结合，弱化无纺布膜和溶质之间的物理化学作用，对减少膜污染问题至关重要。对腈纶无纺布膜进行亲水性改性是解决膜污染的有效途径，目前急需寻找一种提高膜生物反应器中无纺布膜抗污染性的新方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种利用固定化酶技术和预涂动态膜技术提高膜生物反应器印染废水处理中无纺布膜抗污染性能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种固定化氰基水解酶的制备方法，方法如下：

步骤a：PVP-Fe₃O₄磁性纳米粒子的制备：室温条件下，将聚乙烯基吡咯烷酮溶液、FeCl₃·6H₂O溶液、FeCl₂·4H₂O溶液混合后进行搅拌，缓慢滴加NaOH溶液，反应时间30min，反应结束后反应体系为黑色悬浮液，静置，去除上清液，用蒸馏水反复洗涤至上清液无色，烘干，得PVP-Fe₃O₄磁性纳米粒子粉末；

步骤b：将制得的PVP-Fe₃O₄磁性纳米粒子粉末加入磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中，加入氰基水解酶，室温下混合，通过静电引力来吸附固定化氰基水解酶，充分吸附固定完成后，离心机进行离心10min后，倒出离心液，用水冲洗附于离心管壁上的物质，再离心，反复3-6次后，取最终附于离心管壁上的物质即为固定化氰基水解酶。本发明首先对氰基水解酶进行固定化，利用固定化酶对腈纶无纺布进行改性，以提高腈纶无纺布的亲水性，并辅以预涂剂在改性无纺布基膜表面形成动态膜，强化无纺布膜的抗污染性能。

本发明的原理是利用固定化氰基水解酶将腈纶分子上的氰基转化为酰胺基和羧基，从而增强腈纶无纺布的亲水性，以强化无纺布膜的抗污染性能；同时在无纺布基膜表面预涂动态膜，在提高过滤精度的同时防止了污染物向基膜材料表面和内部的扩散，以减缓无纺布基膜污染。

作为优选，所述的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH=6。

作为优选，所述的离心机离心速率为8000r/min。

作为优选，所述的PVP-Fe₃O₄纳米粒子粉末与氰基水解酶重量比为50:1。固定化酶的活力受到酶加载量的影响，一般随酶的加载量的增加而增加，随后达到一个稳定的水平。一般地，酶的载量受扩散效应限制，即受酶的分布和构型改变影响，当酶分子进入载体颗粒内部时就会发生的扩散限制降低了酶活力，而酶分子为了适应载体表面而发生的构型改变也会导致酶活的丧失。因此，本发明为了避免发生构型的改变，将酶的载量限制在只形成单层分子的状态。

本发明固定化氰基水解酶用于对腈纶无纺布进行亲水性改性处理。固定化酶氰基水解酶对腈纶无纺布膜进行亲水性改性处理条件为：温度40℃，pH=7.0，固定化氰基水解酶的用量3-5%owf，酶活50000U/g，浴比1：20，时间5小时。上述处理条件能有效提高腈纶无纺布膜的抗污染能力和使用寿命。