[發明專利]一種靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊制備方法

有效

• 申請號: 201410240655.6
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103992999A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李海波;李英華;徐新陽;宮璇;周詠春
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C12N11/10
• 分類號: C12N11/10;C12N11/08;C02F3/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

技術領域

本發明屬于污染地表水修復領域，特別涉及一種靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊制備方法。

背景技術

地表水污染物種類繁多，其中氨氮是導致地表水富營養化的主要因素。農業面源污染物(化肥)輸出是地表水氨氮超標的主要原因之一，經處理排放的市政和工業污廢水也會導致地表水氨氮積累。氨氮在地表水體中的環境化學行為復雜，可以存在多種化學形態，而各種形態之間還會因生物或化學作用發生轉化。將地表水體中的氨氮濃度控制在較低水平，避免水體富營養化現象爆發，具有重要的意義。

氨氮污染地表水修復中常采取的方法包括：物理稀釋法、物理吸附法、化學氧化法、植物吸收法、微生物/酶降解法等。其中，微生物/酶降解法的機理是：在脫氮酶作用下，氮化合物發生氧化還原反應，轉化為氮氣釋放，或進一步轉化為二氧化氮氣體釋放。由于該過程無二次污染、高效迅速、凈化徹底、成本較低，而受到廣泛關注。

地表水體一般處于開放域中，受流速、流態、溫度、水生境、底泥組分等多因素耦合影響，氨氮在局部水域中的濃度經常呈現不均勻的現象；同時，由于生物脫氮是微生物硝化反硝化的聯合作用，硝化過程作為限速步驟，將氨氮轉化為硝態氮，而在氨氮濃度不均勻的地表水體中，這一過程需要持續較長時間才能完成。因此，氨氮污染地表水的原位微生物/酶修復難度較大。利用常規微生物/酶技術修復氨氮污染地表水存在以下缺陷：(1)游離微生物/酶在開放水域容易流失，且在土著環境中容易失去活性，因此微生物/酶的有效作用周期短；(2)游離微生物/酶對氨氮的目標專性差，在氨氮濃度不超標的水域，即便是固定化的微生物/酶，也會無效釋放，導致修復效率低。

為此，設計一種在開放水域中對目標污染物氨氮具有靶向針對性、且具備可控釋放功能的固定化酶體系，能夠解決脫氮酶有效作用周期短、對氨氮目標專性差的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對脫氮酶修復氨氮污染地表水過程中酶的有效作用周期短、對氨氮目標專屬性差的問題，設計一種靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊制備方法，由該方法制備的膠囊的膜壁上，組裝有一種對水體中pH微小變化具有快速收縮-膨脹效應的功能材料，當水體中氨氮向硝態氮轉化時，水體局部微環境的pH將發生微小改變，此時膠囊壁膜孔將在上述功能材料響應下產生收縮或膨脹，從而使膠囊中固定的脫氮酶發生靶向性控制釋放，有效去除地表水中的氨氮。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊制備方法，包括如下步驟：

1、制備海藻酸鈉水溶液：配制質量百分比為2.05～2.10％的海藻酸鈉水溶液；

2、制備海藻酸鈉與脫氮酶混合溶液：向步驟1得到的海藻酸鈉水溶液中加入脫氮酶，脫氮酶質量占混合溶液總質量的5-10％，較好為6-8％，保持混合液溫度為38-42℃，較好為39-41℃，攪拌均勻，穩定20-25min，較好為22-24min；

3、制備殼聚糖水溶液：配制質量百分比為0.4-0.8％，較好為0.5-0.7％的殼聚糖水溶液，調節pH為3.5-4.5，較好pH為3.8-4.2；

4、制備聚乙烯吡咯烷酮水溶液：配制質量百分比為0.5-1.0％，較好為0.6-0.8％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，調節pH為7.0-7.2，較好的pH為7.05-7.15；

5、制備固定化脫氮酶膠囊：將步驟2得到的海藻酸鈉與脫氮酶混合溶液以每分鐘10-12滴的速度滴加到步驟3得到的殼聚糖水溶液中，其中殼聚糖水溶液與海藻酸鈉和脫氮酶混合溶液的體積比≥1:1，攪拌溶液，攪拌強度為160-180rpm，較好為165-175rpm，反應時間保持1.2-1.5h，較好為1.3-1.4h，制得固定化脫氮酶膠囊；

6、制備靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊：將步驟5得到的固定化脫氮酶膠囊投入到步驟4得到的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，膠囊在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中能夠被浸潤即可，保持溶液溫度35-38℃，較好為36-37℃，不間斷攪拌，攪拌強度為120-140rpm，較好為125-135rpm，反應0.3-0.4h，較好為0.32-0.38h，即得到靶向脫除水中氨氮的可控釋固定化酶膠囊。

上述可控釋放酶膠囊制備方法中，所述步驟5中，在向殼聚糖水溶液滴加海藻酸鈉與脫氮酶混合溶液的同時，在反應容器底部通過微孔曝氣頭向混合液中均勻注入尺寸為50-70μm，較好為55-65μm的空氣氣泡。

上述可控釋放酶膠囊制備方法中，所述殼聚糖規格為：分子量80-100萬。