酶催化氧化耦合反应去除有机污染物的机理及应用研究

【摘要】酶催化氧化耦合反应在腐殖化过程中起着重要作用,同时也是有机污染物在环境中的一个重要转化途径,它导致进入环境的有机污染物与土壤有机质分子生成结合态残留。对有机污染物腐殖化反应机理的研究,一方面可为了解腐殖化过程对有机污染物在环境中的迁移转化和生物可利用性的影响提供依据,也为开发利用腐殖化反应的生态修复技术奠定理论基础。本研究以氯代苯胺作为研究对象,对它们在辣根过氧化物酶(HRP)催化体系中与腐殖质之间的耦合反应产物进行了分析,推导反应机理；针对不同反应途径进行了动力学研究,并对由不同反应途径所形成的共价键的稳定性进行了评估。实验结果表明,在一系列结构不同的腐殖质前体物当中,只有丁香酸和邻苯二酚可以显著促进氯代苯胺的去除。这两种腐殖质前体物与2-氯苯胺之间的反应又分别通过两种不同的途径进行,和丁香酸之间为1,2-亲核加成,和邻苯二酚为1,4-亲核加成。加成反应的第一步均为腐殖质前体在HRP催化氧化下形成醌中间体。稳定性实验证明,由1,4-加成反应生成的产物要比1,2-加成生成的产物稳定。另外,从应用的角度,本研究选取五种典型雌激素—双酚A(BPA)、雌二醇(E2)、炔雌醇(EE2)、雌酮(E1)、辛基酚(OP),初步研究了它们在漆酶和HRP催化体系中的去除情况,探讨了pH、酶浓度、水中溶解性有机质(NOM)等因素对雌激素去除的影响；并选择EE2作为代表性雌激素,深入探讨了它在漆酶催化氧化过程中的反应动力学以及主要的反应产物。漆酶催化去除雌激素的实验结果表明,水中雌激素均可被漆酶有效的去除,其反应的适宜pH范围为4-6；NOM对五种雌激素的去除效率在反应初期有较明显的抑制作用；漆酶催化氧化EE2的过程遵循二级反应动力学；由自由基耦合形成的EE2二聚体是漆酶反应的主要产物。根据HRP催化去除雌激素的实验结果可得,水中雌激素同样可被HRP有效的去除,pH4-8的范围内以及NOM的存在对五种雌激素去除率的影响都不明显；加入低浓度的HRP就能取得很高的去除率。对两种研究结果进行比较得到,漆酶的稳定性比过氧化物酶要高；HRP在较宽的pH范围内能保持较好的处理效果,而漆酶对pH比较敏感；NOM对漆酶和HRP的活性影响存在差异,NOM对HRP活性的影响更小。
【作者】夏青；
【导师】陆隽鹤；
【作者基本信息】南京农业大学，环境科学，2013，硕士
【关键词】腐殖化；催化氧化；氯代苯胺；雌激素；辣根过氧化物酶(HRP)；漆酶；

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