一种固定化氰基水解酶的制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明属废水处理【技术领域】，公开了一种固定化氰基水解酶的制备方法、应用及利用固定化氰基水解酶进行改性处理后得到的腈纶无纺布的应用。首先制备PVP-Fe3O4磁性纳米固定化酶载体，再通过静电引力来吸附固定化氰基水解酶，制备出高活力可回收利用的磁性纳米固定化氰基水解酶。利用自制的磁性纳米固定化氰基水解酶对腈纶无纺布进行改性处理，增强无纺布膜的亲水性，弱化无纺布膜和溶质之间的物理化学作用，减少膜污染；并辅以预涂剂在改性无纺布基膜表面形成动态膜，强化无纺布基膜的抗污染性能。本发明能很好地控制膜污染，有利于无纺布膜生物反应器长期稳定地运行。
【专利说明】一种固定化氰基水解酶的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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、FeCl3.6H20溶液、FeCl2.4H20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IOmin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。
[0007]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。
[0008]作为优选，所述的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH=6。
[0009]作为优选，所述的离心机离心速率为8000r/min。
[0010]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。
[0011]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°c，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。
[0012]上述制得的腈纶 无纺布用于处理印染废水。在活性污泥系统中添加预涂剂，采用微曝气的方式使其混合均匀，将改性腈纶无纺布组件置于其中，蠕动泵抽吸出水进行循环，在水流剪切力和抽吸力共同作用下，预涂剂逐渐附着于膜组件表面，在无纺布大孔膜表面形成动力膜。采用上述改性无纺布动态膜生物反应器处理印染废水，设计水力停留时间8h，污泥龄90d。
[0013]本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果:
(I)采用固定化酶对无纺布进行表面改性处理，提高无纺布膜的抗污染能力和使用寿命，能实现一般化学改性所不能实现的优良的区域及立体选择性，从根本上克服了传统强酸、强碱条件下化学改性方法对无纺布造成的强力损伤和环境污染问题。
[0014](2)添加优良的助滤材料，在无纺布大孔膜表面形成动力膜，可以保证出水水质，也有利于无纺布基膜污染的控制。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述:
实施例1
PVP-Fe3O4磁性纳米粒子可以按照如下方法制备:分别移取30mL 4%PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，0.2mol/L的FeCl3.6Η20溶液和0.lmol/L的FeCl2.4Η20各80mL溶液于三颈烧瓶中，室温下，在精密增力电动搅 拌器搅拌下，缓慢滴加20mL 3mol/L的NaOH溶液，反应30min，反应结束后，反应体系变为黑色悬浮液，静置一段时间，去除上清液，用蒸馏水反复洗涤至上清液无色后，置于烘箱中烘干，即得PVP-Fe3O4磁性纳米粒子。
[0016]PVP-Fe3O4磁性纳米粒子固定化氰基水解酶的制备方法为:移取40mL pH6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液于IOOmL容量瓶中，加入0.2g PVP-Fe3O4纳米粒子粉末，加入4mg的氰基水解酶，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，用离心机以8000r/min的转速离心lOmin，倒出离心液，用水冲洗附于离心管壁上的物质，再离心，倒去离心液，反复数次后，最终附于离心管壁上的物质即为固定化氰基水解酶。
[0017]采用固定化氰基水解酶可对腈纶无纺布进行改性处理，提高亲水性，以增强其抗污染能力。固定化酶改性处理条件为:温度40°C，pH7.0,固定化酶(酶活50000U/g)用量3-5%owf，浴比1:20，时间5小时。
[0018]实施例2
两组膜生物反应器处理同样的印染废水，设计水力停留时间为8h，污泥龄90d，膜组件采用腈纶无纺布的平板膜，膜孔径为5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一组膜组件为普通腈纶无纺布，第二组膜组件为固定化氰基水解酶改性后的腈纶无纺布。运行结果表明，第一组的膜清洗周期为55d，第二组膜清洗周期为74d，第二组抗污染能力和使用寿命得到大幅增强。
[0019]实施例3
两组膜生物反应器处理同样的印染废水，设计水力停留时间为8h，污泥龄90d，膜组件采用腈纶无纺布的平板膜，膜孔径为5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一组膜组件为普通腈纶无纺布，预涂活性炭动态膜，第二组膜组件为固定化氰基水解酶改性后的腈纶无纺布，预涂活性炭动态膜。运行结果表明，第一组的膜清洗周期为117d，第二组膜清洗周期为138d ;第二组抗污染能力和使用寿命得到大幅增强。
[0020]实施例4
两组膜生物反应器处理同样的印染废水，设计水力停留时间为8h，污泥龄90d，膜组件采用腈纶无纺布的平板膜，膜 孔径为5微米，膜通量恒定在60L/(h.m2)。其中第一组膜组件为普通腈纶无纺布，预涂硅藻土动态膜，第二组膜组件为固定化氰基水解酶改性后的腈纶无纺布，预涂硅藻土动态膜。运行结果表明，第一组的膜清洗周期为106d，第二组膜清洗周期为130d，第二组抗污染能力和使用寿命得到大幅增强。
[0021]总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种固定化氰基水解酶的制备方法，其特征在于，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、FeCl3.6H20溶液、FeCl2.4H20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IOmin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。
2.根据权利要求1所述的固定化氰基水解酶的制备方法，其特征在于:所述的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液pH=6。
3.根据权利要求1所述的固定化氰基水解酶的制备方法，其特征在于:所述的离心机离心速率为8000r/min。
4.根据权利要求1所述的固定化氰基水解酶的制备方法，其特征在于:所述的PVP-Fe3O4纳米粒子粉末与氰基水解酶重量比为50:1。
5.根据权利要求1-4任一所述的固定化氰基水解酶的应用，其特征在于:利用固定化氰基水解酶对腈纶无纺布进行亲水性改性处理。
6.根据权利要求5所述的固定化氰基水解酶的应用，其特征在于:所述的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°C，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。
7.根据权利要求5所述的利用固定化氰基水解酶进行改性处理后得到的腈纶无纺布的应用，其特征在于:该腈纶无纺`布用于膜生物反应器中处理印染废水。
【文档编号】C12N11/14GK103555708SQ201310520360
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】刘艳春, 白刚, 张文启, 钱红飞 申请人:绍兴文理学院