氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法
氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法
【专利摘要】本发明公开了一种氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，基于生物酶催化体系，绿色催化转化除草剂莠去津。向待处理的莠去津溶液中加入氯过氧化物酶，混合均匀后用磷酸缓冲溶液调节混合液的pH至2.5～4，然后加入H2O2溶液作为氧化剂，室温催化转化莠去津。本发明操作简单，反应条件温和，采用微量的氯过氧化物酶和H2O2能够快速催化莠去津分子结构的转变，显著降低其对环境的危害，在催化5～10分钟内莠去津的转化率即可达到80％～98％。
【专利说明】氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境废水无害化处理【技术领域】，具体涉及一种利用生物酶处理农业废 水中残留除草剂莠去津的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是农业大国，也是世界上消费和生产农药的大国之一。而农药的大部分就属 于环境激素类物质。环境激素莠去津的应用非常广泛，使用量比较大，我国在2008年莠去 津的使用量超过了 5000吨。近年来研究发现，莠去津对水环境、土壤及生物均有危害。莠 去津易在土壤中向下迁移而进入地下水，造成地下水污染。有研究发现，莠去津虽然对杂草 有很强的杀伤力，但其同时有隐形药害，残效期长，不易流失，可留在土壤及水中超过一年， 对后茬作物如小麦、大豆等有药害，长期种植玉米的地块改种蔬菜等作物经常死苗。2002 年，美国加州大学一项研究发现，莠去津可以导致蛙类变性，同时对其它水生生物也有不同 程度毒害和影响。还有研究表明，莠去津可由农田漏出，进入地下饮用水，从而严重扰乱人 类内分泌系统和生殖系统，也可能对人类有致癌作用。
[0003] 目前，常用的处理环境激素的方法主要有膜分离技术法、物理吸附法和化学氧化 法等。其中膜分离技术法的去除率比较好，但是处理过程不仅与处理的目标物的性质有关， 而且还与膜的性质以及溶液的组成等有关，而且膜组件的价格比较昂贵，又时常存在堵塞 及溶胀的状况，因此很难将膜分离技术在废水处理中广泛应用。物理吸附法在处理过程中 成本比较高、处理的不彻底并且不确定性多。化学氧化法能比较高效、无选择性并且比较完 全的降解有机物，但是在处理过程中成本高，将其用于工业废水的全程处理上还存在着一 些困难。
[0004] 氯过氧化物酶（CPO)是从海洋真菌Caldariomyces fumago中分离出来的一种血 红素过氧化物酶（42kDa)。CPO具有极为广泛的氧化活性，兼具血红素过氧化物酶（单电 子及两电子过氧化、有机卤化）、过氧化氢酶（过氧化氢歧化、一元醇氧化）以及细胞色素 P_450(脱烷基化、烯键环氧化、磺化氧化等）等多种酶的催化特征，目前被认为是过氧化物 酶家族中应用最广泛的酶，但以过氧化物酶为催化降解环境激素莠去津的还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有莠去津处理方法存在的缺点，提供一种 操作简单、成本低、绿色环保，基于氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法。
[0006] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：向待降解的莠去津水溶液中加入氯过氧 化物酶，混合均匀，用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5?4,加入质量分数为30 % 的H2O2水溶液，在室温条件下搅拌3?15分钟，所述的莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔 比为 1:0. 0019 ?0· 0075:15 ?50。
[0007] 本发明优选向待降解的莠去津水溶液中加入氯过氧化物酶，混合均匀，用0. Imol/ L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3?3. 5,加入质量分数为30 %的H2O2水溶液，在室温条件 下搅拌5?10分钟。
[0008] 本发明优选莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 00375?0. 0075:30? 50,进一步优选莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0056?(λ 0075:45?50。
[0009] 本发明基于氯过氧化物酶催化降解体系，以H2O2为氧化剂，能够快速破坏其分子 结构以达到降解的目的。该方法操作简单，氯过氧化物酶及H 2O2用量少，反应条件温和，绿 色环保，莠去津的转化时间短、转化率高。并通过典型毒性评估试验证明本方法转化后的物 质与原底物相比对环境的安全性提高了。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是莠去津的转化率对绿藻生长抑制率的影响。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于 这些实施例。
[0012] 实施例1
[0013] 向50mL 80 μ mol/L的莠去津水溶液中加入ImL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶 液（由于氯过氧化物酶的用量太少，不好称量，所以先将其用〇. lmol/L的磷酸缓冲溶液配 制成IOOmL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，实际使用量较大时直接加入氯过氧化物酶即 可），混合均匀，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3,然后加入20mL质 量分数为30%的H2O2水溶液，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0.0075:50， 在室温条件下搅拌9分钟。用高效液相色谱测量降解前后莠去津的浓度，按下述公式计算 莠去津的转化率：
[0014] n = (C0-Ct)/C0 X loo %
[0015] 式中Π 为转化率，Q1为莠去津的初始浓度，Ct为时间t时莠去津的浓度。经计算， 莠去津的转化率为98%。
[0016] 实施例2
[0017] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5,其他步骤 与实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为72%。
[0018] 实施例3
[0019] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3. 5,其他步骤 与实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为84%。
[0020] 实施例4
[0021] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至4,其他步骤与 实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为57%。
[0022] 实施例5
[0023] 本实施例中，加入6mL质量分数为30 %的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相同， 其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0.0075:15。经计算，莠去津的转化率为 68%。
[0024] 实施例6
[0025] 本实施例中，加入12mL质量分数为30%的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相 同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0. 0075:30。经计算，莠去津的转化率为 80%。
[0026] 实施例7
[0027] 本实施例中，加入18mL质量分数为30%的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相 同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0. 0075:45。经计算，莠去津的转化率为 97%。
[0028] 实施例8
[0029] 本实施例中，加入0. 25mL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0019:50。经计算，莠去津的转化率 为 61%。
[0030] 实施例9
[0031] 本实施例中，加入0. 50mL 30μπι〇1/1的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O 2的摩尔比为1:0. 00375:50。经计算，莠去津的转化 率为87%。
[0032] 实施例10
[0033] 本实施例中，加入0. 75mL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0056:50。经计算，莠去津的转化率 为 91%。
[0034] 实施例11
[0035] 本实施例中，在室温条件下搅拌3分钟，其他步骤与实施例1相同。经计算，莠去 津的转化率为86%。
[0036] 实施例12
[0037] 本实施例中在室温条件下搅拌5分钟，其他步骤与实施例1相同。经计算，莠去津 的转化率为92%。
[0038] 为了证明本发明方法催化转化莠去津对环境的安全性，采用本发明方法催化转 化莠去津后不同转化率对应的莠去津转化液（以下简称莠去津转化液）对单细胞绿藻 (Chlorella pyrenoidosa)的抑制生长率作为评价标准，具体方法如下：
[0039] 首先用分光光度计测定普通小球藻（由中国科学院野生生物种质库--淡水藻种 库提供）在680nm处的吸光度值20?，然后将普通小球藻和无机盐营养液（其配方由中国 科学院野生生物种质库--淡水藻种库提供）按体积比为1:1混合，向所得混合液中加入 其体积1/10的莠去津转化液，室温培养72小时后，用分光光度计测其在680nm处的吸光度 值〇D t，同时以不加莠去津转化液做空白对比试验，按以下公式计算绿藻的平均生长率u及 抑制生长率i :
【权利要求】
1. 一种氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：向待降解的莠去津水溶液 中加入氯过氧化物酶，混合均勻，用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5?4,加入质 量分数为30%的H202水溶液，在室温条件下搅拌3?10分钟，所述的莠去津与氯过氧化物 酶、H202 的摩尔比为 1:0. 0019 ?0? 0075:15 ?50。
2. 根据权利要求1所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：向待降 解的莠去津水溶液中加入氯过氧化物酶，混合均勻，用〇. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值 至3?3. 5,加入质量分数为30%的H202水溶液，在室温条件下搅拌5?10分钟。
3. 根据权利要求1或2所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：所 述的莠去津与氯过氧化物酶、H202的摩尔比为1: 0? 00375?0? 0075:30?50。
4. 根据权利要求1或2所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：所 述的莠去津与氯过氧化物酶、H202的摩尔比为1:0. 0056?0? 0075:45?50。
【文档编号】A62D101/22GK104368121SQ201410605145
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】蒋育澄, 张晓 , 胡满成, 翟全国, 李淑妮 申请人:陕西师范大学
【专利摘要】本发明公开了一种氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，基于生物酶催化体系，绿色催化转化除草剂莠去津。向待处理的莠去津溶液中加入氯过氧化物酶，混合均匀后用磷酸缓冲溶液调节混合液的pH至2.5～4，然后加入H2O2溶液作为氧化剂，室温催化转化莠去津。本发明操作简单，反应条件温和，采用微量的氯过氧化物酶和H2O2能够快速催化莠去津分子结构的转变，显著降低其对环境的危害，在催化5～10分钟内莠去津的转化率即可达到80％～98％。
【专利说明】氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境废水无害化处理【技术领域】，具体涉及一种利用生物酶处理农业废 水中残留除草剂莠去津的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是农业大国，也是世界上消费和生产农药的大国之一。而农药的大部分就属 于环境激素类物质。环境激素莠去津的应用非常广泛，使用量比较大，我国在2008年莠去 津的使用量超过了 5000吨。近年来研究发现，莠去津对水环境、土壤及生物均有危害。莠 去津易在土壤中向下迁移而进入地下水，造成地下水污染。有研究发现，莠去津虽然对杂草 有很强的杀伤力，但其同时有隐形药害，残效期长，不易流失，可留在土壤及水中超过一年， 对后茬作物如小麦、大豆等有药害，长期种植玉米的地块改种蔬菜等作物经常死苗。2002 年，美国加州大学一项研究发现，莠去津可以导致蛙类变性，同时对其它水生生物也有不同 程度毒害和影响。还有研究表明，莠去津可由农田漏出，进入地下饮用水，从而严重扰乱人 类内分泌系统和生殖系统，也可能对人类有致癌作用。
[0003] 目前，常用的处理环境激素的方法主要有膜分离技术法、物理吸附法和化学氧化 法等。其中膜分离技术法的去除率比较好，但是处理过程不仅与处理的目标物的性质有关， 而且还与膜的性质以及溶液的组成等有关，而且膜组件的价格比较昂贵，又时常存在堵塞 及溶胀的状况，因此很难将膜分离技术在废水处理中广泛应用。物理吸附法在处理过程中 成本比较高、处理的不彻底并且不确定性多。化学氧化法能比较高效、无选择性并且比较完 全的降解有机物，但是在处理过程中成本高，将其用于工业废水的全程处理上还存在着一 些困难。
[0004] 氯过氧化物酶（CPO)是从海洋真菌Caldariomyces fumago中分离出来的一种血 红素过氧化物酶（42kDa)。CPO具有极为广泛的氧化活性，兼具血红素过氧化物酶（单电 子及两电子过氧化、有机卤化）、过氧化氢酶（过氧化氢歧化、一元醇氧化）以及细胞色素 P_450(脱烷基化、烯键环氧化、磺化氧化等）等多种酶的催化特征，目前被认为是过氧化物 酶家族中应用最广泛的酶，但以过氧化物酶为催化降解环境激素莠去津的还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有莠去津处理方法存在的缺点，提供一种 操作简单、成本低、绿色环保，基于氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法。
[0006] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：向待降解的莠去津水溶液中加入氯过氧 化物酶，混合均匀，用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5?4,加入质量分数为30 % 的H2O2水溶液，在室温条件下搅拌3?15分钟，所述的莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔 比为 1:0. 0019 ?0· 0075:15 ?50。
[0007] 本发明优选向待降解的莠去津水溶液中加入氯过氧化物酶，混合均匀，用0. Imol/ L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3?3. 5,加入质量分数为30 %的H2O2水溶液，在室温条件 下搅拌5?10分钟。
[0008] 本发明优选莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 00375?0. 0075:30? 50,进一步优选莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0056?(λ 0075:45?50。
[0009] 本发明基于氯过氧化物酶催化降解体系，以H2O2为氧化剂，能够快速破坏其分子 结构以达到降解的目的。该方法操作简单，氯过氧化物酶及H 2O2用量少，反应条件温和，绿 色环保，莠去津的转化时间短、转化率高。并通过典型毒性评估试验证明本方法转化后的物 质与原底物相比对环境的安全性提高了。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是莠去津的转化率对绿藻生长抑制率的影响。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于 这些实施例。
[0012] 实施例1
[0013] 向50mL 80 μ mol/L的莠去津水溶液中加入ImL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶 液（由于氯过氧化物酶的用量太少，不好称量，所以先将其用〇. lmol/L的磷酸缓冲溶液配 制成IOOmL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，实际使用量较大时直接加入氯过氧化物酶即 可），混合均匀，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3,然后加入20mL质 量分数为30%的H2O2水溶液，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0.0075:50， 在室温条件下搅拌9分钟。用高效液相色谱测量降解前后莠去津的浓度，按下述公式计算 莠去津的转化率：
[0014] n = (C0-Ct)/C0 X loo %
[0015] 式中Π 为转化率，Q1为莠去津的初始浓度，Ct为时间t时莠去津的浓度。经计算， 莠去津的转化率为98%。
[0016] 实施例2
[0017] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5,其他步骤 与实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为72%。
[0018] 实施例3
[0019] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至3. 5,其他步骤 与实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为84%。
[0020] 实施例4
[0021] 本实施例中，所得混合液用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至4,其他步骤与 实施例1相同，经计算，莠去津的转化率为57%。
[0022] 实施例5
[0023] 本实施例中，加入6mL质量分数为30 %的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相同， 其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0.0075:15。经计算，莠去津的转化率为 68%。
[0024] 实施例6
[0025] 本实施例中，加入12mL质量分数为30%的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相 同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0. 0075:30。经计算，莠去津的转化率为 80%。
[0026] 实施例7
[0027] 本实施例中，加入18mL质量分数为30%的H2O2水溶液，其他步骤与实施例1相 同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H 2O2的摩尔比为1:0. 0075:45。经计算，莠去津的转化率为 97%。
[0028] 实施例8
[0029] 本实施例中，加入0. 25mL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0019:50。经计算，莠去津的转化率 为 61%。
[0030] 实施例9
[0031] 本实施例中，加入0. 50mL 30μπι〇1/1的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O 2的摩尔比为1:0. 00375:50。经计算，莠去津的转化 率为87%。
[0032] 实施例10
[0033] 本实施例中，加入0. 75mL 30 μ mol/L的氯过氧化物酶溶液，其他步骤与实施例1 相同，其中莠去津与氯过氧化物酶、H2O2的摩尔比为1:0. 0056:50。经计算，莠去津的转化率 为 91%。
[0034] 实施例11
[0035] 本实施例中，在室温条件下搅拌3分钟，其他步骤与实施例1相同。经计算，莠去 津的转化率为86%。
[0036] 实施例12
[0037] 本实施例中在室温条件下搅拌5分钟，其他步骤与实施例1相同。经计算，莠去津 的转化率为92%。
[0038] 为了证明本发明方法催化转化莠去津对环境的安全性，采用本发明方法催化转 化莠去津后不同转化率对应的莠去津转化液（以下简称莠去津转化液）对单细胞绿藻 (Chlorella pyrenoidosa)的抑制生长率作为评价标准，具体方法如下：
[0039] 首先用分光光度计测定普通小球藻（由中国科学院野生生物种质库--淡水藻种 库提供）在680nm处的吸光度值20?，然后将普通小球藻和无机盐营养液（其配方由中国 科学院野生生物种质库--淡水藻种库提供）按体积比为1:1混合，向所得混合液中加入 其体积1/10的莠去津转化液，室温培养72小时后，用分光光度计测其在680nm处的吸光度 值〇D t，同时以不加莠去津转化液做空白对比试验，按以下公式计算绿藻的平均生长率u及 抑制生长率i :
【权利要求】
1. 一种氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：向待降解的莠去津水溶液 中加入氯过氧化物酶，混合均勻，用0. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值至2. 5?4,加入质 量分数为30%的H202水溶液，在室温条件下搅拌3?10分钟，所述的莠去津与氯过氧化物 酶、H202 的摩尔比为 1:0. 0019 ?0? 0075:15 ?50。
2. 根据权利要求1所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：向待降 解的莠去津水溶液中加入氯过氧化物酶，混合均勻，用〇. lmol/L的磷酸缓冲溶液调节pH值 至3?3. 5,加入质量分数为30%的H202水溶液，在室温条件下搅拌5?10分钟。
3. 根据权利要求1或2所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：所 述的莠去津与氯过氧化物酶、H202的摩尔比为1: 0? 00375?0? 0075:30?50。
4. 根据权利要求1或2所述的氯过氧化物酶催化转化莠去津的方法，其特征在于：所 述的莠去津与氯过氧化物酶、H202的摩尔比为1:0. 0056?0? 0075:45?50。
【文档编号】A62D101/22GK104368121SQ201410605145
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】蒋育澄, 张晓 , 胡满成, 翟全国, 李淑妮 申请人:陕西师范大学
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