[发明专利]一种采用聚乳酸纤维膜固定化复合酶技术对富营养化水污染治理的方法

说明书

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，具体为一种用于处理富营养化污染水体的固定化复合酶活性纤维膜制备和使用方法。

背景技术

水环境保护是我国的一项基本国策。城市河湖水系是城市环境系统的重要组成部分，但近年来，我国的城市水系连年发生不同程度的水华，城市河湖中生长的大量水藻，给城市的生态环境和声誉带来了不良影响。水华预防和治理是保护城乡环境的重要措施，国家“十一五”计划纲要也明确提出了环境综合治理和富营养化污染水体控制是建设社会主义和谐社会的一项重要议程。在河湖水体污染中，富营养化是最普遍、危害最大的水环境问题之一。据统计，我国目前60％以上的湖泊、水库处于富营养化水平，其中重富营养和超富营养的占20％，因此，富营养化已成为我国河湖水资源保护面临的一个重大水环境问题。引起水体富营养化的原因很大程度上归因于农业面源污染物(如氮、磷等营养型污染物)。据北京城市生态研究表明，近年来北京城市水系，包括城市湖泊和河流中，氮磷污染程度不断加剧。据有关研究分析，导致湖泊和地表水中富营养化的氮、磷主要来自于陆地生态系统的输入。大多数湖泊中氮、磷负荷有50％以上多来自农业的非点源污染，部分来自城市生活系统的输入。

由于水体富营养化污染的严重性，其治理方法受到了大量研究机构的重视。虽然已发展了多种水体富营养化治理方法，但受限于成本高、二次污染严重等问题，特别是化学品可能对水环境自我恢复功能造成不可逆的严重破坏，使得能真正用于现场原位修复的方法很少。因此寻找经济、高效、环境友好的控制水体富营养化污染的方法仍然是相关研究领域最热门的课题之一。各种处理方式中，生物修复被认为是安全有效，符合可持续发展的绿色修复方式。近年来，国内外利用生物酶技术处理废水已取得一定的进展。在水体修复方面，酶可邦公司研制的MicroPan Aqua含有脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶等生物酶以及多种可用于水处理的微生物，对富营养化水体治理具有较好效果。但该种酶制剂对环境敏感、容易失活，且无法回收，直接限制了其实际使用的经济性。

固定化酶的研究和应用是实现酶重复使用和稳定性改善的有效手段。近年对酶的固定化进行了较广泛的研究，采用的固定化载体包括硅胶、活性炭、玻璃珠、壳聚糖等多种材料。酶经固定化后，既可达到生物催化效果，又可以实现酶的重复利用，降低酶纯化的成本，方便酶与反应物的分离。但现有的酶固定化材料在实际使用中还不同程度存在缺陷。如以硅胶、活性炭等无机材料作为固定化载体，存在与水体分离、表面与所固定化的酶键合不紧密等缺陷；而壳聚糖等则存在加工复杂、性质不稳定等缺陷。此外现有的固定化材料制备工艺繁琐、使用方法复杂，须借助一定支撑材料，无法原位应用。

高压静电纺丝聚乳酸纤维可用于酶固定化载体。该技术是一种应用高压电场使带电荷的高分子溶液在静电场中流动或变形，然后由于溶剂蒸发或熔体冷却而固化，最终产生直径数十纳米到几十微米的纤维的过程。电纺纤维膜具有比表面积大、孔隙率高和吸附性能强等优点，是一种潜在的酶固定化基质。将其作为固定化酶的载体，有利于酶与底物充分接触，能有效提高酶的催化效率，且容易从反应体系中分离回收。

聚乳酸(PLA)是近年来世界上研究最活跃的生物可降解高分子材料之一，在自然界中可逐渐完全降解为二氧化碳和水，作为固定化漆酶载体，具有良好的生物相容性，并不会对环境造成二次污染。以静电纺丝技术制备聚乳酸纳米纤维可以快速高效地获得大面积的可用于酶负载的活性功能材料。以该技术制备所得的载酶纳米纤维膜，具有比表面积大、酶活性高、催化性能稳定、使用寿命长、较少受环境因素干扰等优点，可望用于大规模水体富营养化污染的原位修复。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于处理水体富营养化污染的具有高催化活性、大比表面积、可回收的多酶负载纳米纤维膜的制备方法和使用方法。该纤维膜兼顾酶催化的高效性和纳米纤维的可回收性，故具有更好的实际应用化前景。

本发明是通过采用以下的技术方案来实现上述发明目的的：

本发明提供的多酶固定化纳米纤维膜是以具有疏水表面的高分子量聚乳酸为载体，将包括α-淀粉酶、激素敏感性脂肪酶、木瓜蛋白酶、真菌纤维素酶、真菌漆酶、大豆脲酶在内的多种混合酶通过吸附和交联固定在该载体上。该纤维膜用于水体富营养化修复的实施方法具体包括纺丝溶液的制备与水体修复两部分。为实现污染水体的原位处理，多酶固定化过程与水体修复过程同时进行，具体步骤包括：

1)将一定量聚乳酸颗粒溶于二氯甲烷中，加入亲水性嵌段共聚体表面活性剂，均匀混合后搅拌获得聚乳酸/嵌段共聚物混合凝胶。