硅/碳基复合固定化酶环保材料及其制备方法
阅读：722发布：2020-05-11
专利汇可以提供硅/碳基复合固定化酶环保材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于环境 生物 技术领域，具体涉及一种 硅 / 碳 基复合固定化酶环保材料及其制备方法。该环保材料是将复合生物酶固定化于改性处理后的硅‑碳基载体上，这些载体含有纳米尺度微晶结构共聚体，形成改性硅‑碳基固定化酶 生物材料 。该环保材料适用于日用清洁、居家环境的 净化 治理、净化设备过滤介质材料等，还可用于 环境工程 治理中的 水 体 富营养化 、生活污水、工业 废水 、社区清洁除臭、垃圾清洁除臭、垃圾堆肥、垃圾渗滤液处理、养殖业污 水处理 、景观水体、自然水体、环境空气净化、有机废气治理、 污泥 处理等领域。本发明适用性强，可根据污染底物对象制备成各种外观形态的柱状、包状、盒状的材料，具有交叉学科集成创新的特点。，下面是硅/碳基复合固定化酶环保材料及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种硅/碳基复合固定化酶环保材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
1）固定化酶颗粒剂的制备：
a）硅/碳基载体的活化处理；
b）纳米硅/碳基载体的制备：将纳米材料与活化处理后的硅/碳基载体经升温、干燥，制得粒径为3-10mm的纳米硅/碳基载体；
c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的生物酶经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
e）包膜处理：通过包埋剂将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，调配成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂和交联剂通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料；其重金属含量小于30mg/kg，扩散性≥38，酶活力保持5000U/g以上，酶活作用有效时间180-360d；
步骤a）所述的硅/碳基载体包括活性炭和硅藻土中的一种或多种，所述的活性炭是椰壳活性炭，比表面积为1400-2400m2/g，孔隙直径大于0.45nm且小于2nm的微孔占总数90%以上，粒度为2-4mm；所述的硅藻土湿度小于10%，SiO2的含量大于80%；步骤b）所述的纳米材料包括Al2O3粉末和硅基氧化物的一种或多种；
步骤a）所述的活化处理具体为：将预处理后的硅/碳基载体浸泡于0.8-3wt%的戊二醛溶液中，活化3-5h，用无离子水清洗后，自然风干或抽干，备用；
步骤b）具体为：将纳米材料与活化处理后的硅/碳基载体在50℃-100℃干燥1-2h，然后再升温至300-400℃，保温0.5-1h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占0.5-10wt%，硅/碳基载体占90-99.5wt%；
步骤c）所述的生物酶包括纤维素酶、葡聚糖酶、醛脱氢酶、醇脱氢酶、蛋白酶、淀粉酶、漆酶、脂肪酶和过氧化氢酶中的一种或多种；步骤e）所述的包埋剂为：2-5wt%海藻酸钠溶液或0.5-2wt%聚丙烯酰胺溶液；
步骤3）所述的交联剂为环氧氯丙烷、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和N,N’-甲叉双丙烯酰胺中的一种或几种；
步骤3）中，固定化酶颗粒剂、复合颗粒剂、交联剂的重量比为：70-85:15-30:3-5。
2.根据权利要求1所述的硅/碳基复合固定化酶环保材料的制备方法，其特征在于：活性炭的预处理为：采用0.01-0.2wt%HCl浸泡活性炭18小时，用水清洗，经70-100℃烘干，备用；硅藻土的预处理为：用2wt%HCl浸泡18小时，用水清洗，经70-100℃烘干，备用。
3.根据权利要求1所述的硅/碳基复合固定化酶环保材料的制备方法，其特征在于：步骤1）的固定化酶颗粒剂、步骤2）的复合颗粒剂的含水率为0.3-1wt%，使用温度范围为30-65℃，使用pH范围为3.0-7.0。
硅/碳基复合固定化酶环保材料及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 在社会生活不断现代代、工业化高速发展的今天，环境污染问题已日益严峻，传统的解决环境污染技术和工艺已经满足不了现实的要求，面对日益严峻的全球化环境污染问题，环境工程技术与生物技术以及材料技术的结合发展，为环境保护污染治理提供了新的技术手段。以环境生物技术为新技术体系解决环境污染已成为当今乃至未来发展的方向。生物酶技术的开发与应用是环境生物技术中重要的部分，也是新近发展起来的、比较适合我国情况的一项环境保护技术。
[0003] 固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，固定化酶（immobilized enzyme）又称水不溶性酶，是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，即用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成，将酶变成不溶于水或固定于固相载体但仍保留催化活性的衍生物，可催化一系列生化反应。运用固定化酶可以高效催化处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等。酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产。在催化反应中,它以固相状态作用于底物，反应完成后, 酶可以回收重复使用，容易与水溶性反应物分离，可反复使用。固定化酶不但仍具有酶的高度专一性和高催化效率的特点，且比水溶性酶稳定，可较长期使用，具有较高的经济效益。酶经过固定化后，比较能耐受温度及pH的变化，最适pH往往稍有移位，对底物专一性没有任何改变，实际使用效率提高几十倍甚至几百倍。
[0004] 从原理上讲，生物酶有四种固定化方法：1）酶固定于载体之前，先使酶活化；2）先将载体活化，再将生物酶固定于载体上，这是一种最常用的方法；3）直接将载体与酶进行交联；4）DNA重组技术使酶产生一种带有生物特异性的蛋白，再利用生物亲和力将酶吸附在载体上。硅-碳基材料因具有质轻、传导性好、化学稳定性和热稳定性高等诸多优点而被广泛用作载体。
[0005] 硅-碳基固定化酶环保材料是利用特定生物酶，结合活性炭、硅藻土等载体而制得的，该材料利用生物酶对环境污染物特有的吸收、转化、催化、降解的作用来实现环境污染的净化。生物固定化酶催化剂应用于环境污染治理，已经有相当长的历史，但都以单一或者简单的自固定化形式完成。将酶或游离酶与载体结合，将酶固定在载体上，这种方式酶的利用率低，成本相对高，而且在气相与固相的环境中处理效果不理想。
[0006] 因此提供一种针对污染物能高效降解的固定化酶环保功能材料，对环境污染治理具有重要意义。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种硅/碳基复合固定化酶环保材料及其制备方法。本发明所制得的环保材料具有比表面积大、密度适中、表面粗糙、生物亲和性好、抗酸碱且不易老化、机械强度高、寿命长、反应速度快、处理条件（如温度、pH值等）较温和、操作安全等优点，仅对特定的底物起作用，对基质损伤小，处理产生的废水可生物降解，降低水及能源的消耗。
[0008] 为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
[0009] 一种硅/碳基复合固定化酶环保材料的制备方法，具体步骤为：
[0010] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0011] a）硅/碳基载体的活化处理；
[0012] b）纳米硅/碳基载体的制备：将纳米材料与活化处理后的硅/碳基载体经程序升温、干燥，制得粒径为3-10mm的纳米硅/碳基载体；
[0013] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的生物酶经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0014] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0015] e）包膜处理：通过包埋剂将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0018] 步骤a）所述的硅/碳基载体包括活性炭和硅藻土中的一种或多种，所述的活性炭是椰壳活性炭，比表面积为1400-2400m2/g，孔隙直径大于0.45nm且小于2nm的微孔占总数90%以上，粒度为2-4mm；所述的硅藻土湿度小于10wt%，SiO（2 不包括石英）的含量大于80%；
[0020] 其中，活性炭的预处理为：采用0.01-0.2wt%HCl浸泡活性炭18小时，用水清洗，经70-100℃烘干，备用；硅藻土的预处理为：用2wt%HCl浸泡18小时，用水清洗，经70-100℃烘干，备用。
[0022] 步骤b）具体为：将纳米材料与活化处理后的硅/碳基载体在50℃-100℃干燥1-2h，然后再升温至300-400℃，保温0.5-1h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占0.5-10wt%，硅/碳基载体占90-99.5wt%。
[0023] 硅-碳基材料经纳米材料改性后，处于表面和界面上的分子或离子质点，不像内部质点那样有序，在其断面上存在大量Si-O和Al-O的不饱和键，有利于与酶的离子或共价键4+ 3+ 2-
结合，有利于与酶的物理吸附作用。它一方面形成Si 和Al 的正电场，另一方面还产生O的负电荷电场，而有利于进行离子吸附。在硅-碳基材料表面，由于极性、不饱和性和气态水强极性作用，通常都存在≡Si-OH或＝Al-OH基团，因而同时可以通过氮化、烷基化等方法进行酶的固定化处理最终得到固定化酶颗粒或者酶层柱。
结合，有利于与酶的物理吸附作用。它一方面形成Si 和Al 的正电场，另一方面还产生O的负电荷电场，而有利于进行离子吸附。在硅-碳基材料表面，由于极性、不饱和性和气态水强极性作用，通常都存在≡Si-OH或＝Al-OH基团，因而同时可以通过氮化、烷基化等方法进行酶的固定化处理最终得到固定化酶颗粒或者酶层柱。
[0025] 步骤e）所述的包埋剂为：2-5wt%海藻酸钠溶液或0.5-2wt%聚丙烯酰胺溶液。
[0026] 步骤3）所述的交联剂为环氧氯丙烷、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和N,N’-甲叉双丙烯酰胺中的一种或几种。
[0027] 步骤3）中，固定化酶颗粒剂、复合颗粒剂、交联剂的重量比为：70-85:15-30:3-5。
[0028] 步骤1）和步骤2）中采用的干燥方式有：喷雾干燥、真空烘箱干燥、滚筒干燥、鼓风干燥、流化床干燥等方式。干燥前含水湿度4-40wt%，干燥后为0.3-1wt%，物料温度耐受变化区间在5℃-70℃之间存在活性，30℃-70℃为酶活高表达区间；产品有效温度范围30-65℃，最适作用温度在40-50℃之间，有效pH范围3.0-7.0，最适pH值范围在3.5-6.5之间。
[0029] 所制得的复合材料的重金属含量小于30mg/kg，扩散性≥38，酶活力保持5000U/g以上，酶活作用有效时间180-360d。
[0030] 本发明构思新颖，用该发明的硅-碳基材固定化酶环保生物包技术，适用于日用清洁、居家环境的净化治理、净化设备过滤介质材料等领域，还可适用于富营养化水体、生活污水、工业废水、社区清洁除臭、垃圾清洁除臭、垃圾堆肥、垃圾渗滤液处理、养殖业污水处理、景观水体、自然水体、环境空气净化、有机废气治理、污泥处理等环保领域。净化效果好，效率高且成本低，稳定性强，操作简便。
[0031] 针对垃圾渗滤液，本发明的生物酶液配制时可以选择如下的配方，各组分按重量份计：纤维素酶6-16份、葡聚糖酶3-10份、醇脱氢酶5-15份、蛋白酶3-6份、淀粉酶7-10份、果胶酶7-13份、葡聚糖酶6-15份、漆酶5-12份、脂肪酶8-12份、木聚糖酶5-10份和过氧化氢酶10-15份。
[0032] 针对印染废水，本发明的生物酶液配制时可以选择如下的配方，各组分按重量份计：纤维素酶5-9份、葡聚糖酶3-5份、醇脱氢酶5-15份、蛋白酶3-6份、淀粉酶7-10份、果胶酶7-13份、葡聚糖酶3-6份、漆酶8-18份、脂肪酶6-12份、木聚糖酶6-12份和过氧化氢酶10-15份；
[0033] 针对景观水，本发明的生物酶液配制时可以选择如下的配方，各组分按重量份计：纤维素酶8-17份、葡聚糖酶6-15份、蛋白酶3-6份、淀粉酶7-15份、果胶酶7-13份、葡聚糖酶
3-12份、脂肪酶6-12份、木聚糖酶5-13份和过氧化氢酶10-15份；
3-12份、脂肪酶6-12份、木聚糖酶5-13份和过氧化氢酶10-15份；
[0034] 针对生活污水，本发明的生物酶液配制时可以选择如下的配方，各组分按重量份计：纤维素酶6-12份、葡聚糖酶3-5份、醇脱氢酶5-10份、蛋白酶3-12份、淀粉酶7-10份、果胶酶3-10份、葡聚糖酶3-12份、漆酶5-8份、脂肪酶8-12份、木聚糖酶6-13份和过氧化氢酶8-17份；
[0035] 针对有机废气，本发明的生物酶液配制时可以选择如下的配方，各组分按重量份计：纤维素酶6-12份、葡聚糖酶3-5份、醇脱氢酶5-10份、蛋白酶3-12份、淀粉酶7-10份、果胶酶3-10份、葡聚糖酶3-12份、漆酶5-8份、脂肪酶8-12份、木聚糖酶6-13份、过氧化氢酶8-15份。
[0036] 本发明所制得的复合材料系大分子化学结构和超分子组装结构之间的联系，比采用传统的嵌段共聚物更清楚和系统。酶分子利用大孔材料中的通道结构水保持高度活性。当这些巨型分子中亲疏水部分相当时，分子倾向于组装成双分子层囊泡，形成柱状和球状。
大量的研究证明，酶干燥后失去了大部分水，但是酶分子结构必需的水仍然会保留，它们被称为结构水，是酶具有催化活性必需的最低限量的水。通过本发明的技术方法制得的产品，干燥的硅-碳基材固定化酶环保复合材料稳定性更好，可以耐受的环境温度更宽，在5-70℃的条件下可以不失活，其催化活性相比水剂高出几十倍。
大量的研究证明，酶干燥后失去了大部分水，但是酶分子结构必需的水仍然会保留，它们被称为结构水，是酶具有催化活性必需的最低限量的水。通过本发明的技术方法制得的产品，干燥的硅-碳基材固定化酶环保复合材料稳定性更好，可以耐受的环境温度更宽，在5-70℃的条件下可以不失活，其催化活性相比水剂高出几十倍。
[0037] 本发明的有益效果在于：
[0038] 1）本发明利用纳米材料对硅-碳基材料进行改性，在改性后材料的断面上存在大量Si-O和Al-O的不饱和键，有利于与酶离子结合或共价键结合，或有利于与酶的物理吸附作用，酶的稳定性更好；
[0039] 2）本发明将多种方式制得的酶颗粒剂进行混合，强化了多种酶的富集与高效表达，更适用于不同环境下的污染物催化降解；具有比表面积大、密度适中、表面粗糙、生物亲和性好、抗酸碱且不易老化、机械强度高、寿命长等优点。
具体实施方式
[0040] 为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
[0041] 实施例1
[0042] 根据垃圾渗滤液污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0043] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0044] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的活性炭和硅藻土浸泡于1.5wt%的戊二醛溶液中，活化4h，用无离子水清洗后，自然风干，备用；
[0045] b）纳米硅/碳基载体的制备：将三氧化二铝与活化处理后的硅/碳基载体在75℃干燥2h，然后再升温至350℃，保温0.7h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占5wt%，硅/碳基载体占95wt%；
[0046] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶10份、葡聚糖酶7份、醇脱氢酶10份、蛋白酶4份、淀粉酶8份、果胶酶12份、葡聚糖酶10份、漆酶6份、脂肪酶10份、木聚糖酶8份和过氧化氢酶12份进行复配；经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0047] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0048] e）包膜处理：通过3wt%海藻酸钠溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0049] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0050] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、环氧氯丙烷按80:25:4的质量比通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0051] 将硅-碳基复合固定化酶环保材料设计投放装置或者设置垃圾渗滤液处理生化系统中，按处理服务面积投放量为每立方装置中3-10%的体积数量。
[0052] 垃圾渗滤液进水水质COD为5800mg/l，NH3-N为600 mg/l，生化系统停留时间为48h，经硅-碳基复合固定化酶环保材料技术处理后生化部分出水COD为153 mg/L，去除率为
97%以上，NH3-N为16 mg/L，去除率为98%以上，总氮去除率为97%以上，后续经深度处理，可保证出水稳定达标。
97%以上，NH3-N为16 mg/L，去除率为98%以上，总氮去除率为97%以上，后续经深度处理，可保证出水稳定达标。
[0053] 实施例2
[0054] 根据印染废水污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0055] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0056] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的硅藻土和活性炭浸泡于0.8wt%的戊二醛溶液中，活化3h，用无离子水清洗后，抽干，备用；
[0057] b）纳米硅/碳基载体的制备：将三氧化二铝与活化处理后的硅/碳基载体在100℃干燥1h，然后再升温至300℃，保温1h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占0.5wt%，硅/碳基载体占99.5wt%；
[0058] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶9份、葡聚糖酶3份、醇脱氢酶15份、蛋白酶3份、淀粉酶10份、果胶酶7份、葡聚糖酶6份、漆酶18份、脂肪酶6份、木聚糖酶12份和过氧化氢酶10份复配后，经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0059] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0060] e）包膜处理：通过0.5wt%聚丙烯酰胺溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0061] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0062] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺按70:15:5的质量比通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0063] 将硅-碳基复合固定化酶环保材料直接投放于印染废水处理装置系统中，投加量为3-6%的体积数量，利用系统中水动力过流进行处理。
[0064] 印染废水进水水质COD为2000mg/l，BOD为400 mg/l，系统停留时间为26h，经硅-碳基材固定化酶环保生物包技术处理后出水COD为68 mg/L，去除率为97%，可保证出水稳定达标。
[0065] 实施例3
[0066] 根据景观水的污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0067] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0068] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的硅藻土和活性炭（硅藻土和活性炭的用量比为1:10）浸泡于3wt%的戊二醛溶液中，活化3h，用无离子水清洗后，自然风干，备用；
[0069] b）纳米硅/碳基载体的制备：将三氧化二铝与活化处理后的硅/碳基载体在50℃干燥2h，然后再升温至400℃，保温0.5h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占10wt%，硅/碳基载体占90wt%；
[0070] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶17份、葡聚糖酶6份、蛋白酶6份、淀粉酶7份、果胶酶13份、葡聚糖酶3份、脂肪酶12份、木聚糖酶5份、过氧化氢酶15份复配后，经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0071] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0072] e）包膜处理：通过5wt%海藻酸钠溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0073] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0074] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、N,N’-甲叉双丙烯酰胺按质量比75:30:3通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0075] 将硅-碳基材固定化酶环保生物包直接投加于景观水装置系统中，投加放量为3-8，利用水力进行自然混合。
[0076] 治理前池塘的水体为绿色，较浑浊，游鱼不清，COD为73mg/l，总氮为6.28 mg/l，经硅-碳基材固定化酶环保生物包技术处理后，COD为40 mg/L，总氮为1.05 mg/L，整个水体清澈见底，水质清新，自然生态景观初步恢复。
[0077] 实施例4
[0078] 根据生活污水的污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0079] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0080] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的硅藻土和活性炭（质量比为5:1）浸泡于2wt%的戊二醛溶液中，活化5h，用无离子水清洗后，抽干，备用；
[0081] b）纳米硅/碳基载体的制备：将三氧化二铝与活化处理后的硅/碳基载体在80℃干燥1.5h，然后再升温至380℃，保温0.7h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占6wt%，硅/碳基载体占94wt%；
[0082] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶10份、葡聚糖酶4份、醇脱氢酶8份、蛋白酶10份、淀粉酶9份、果胶酶7份、葡聚糖酶11份、漆酶6份、脂肪酶10份、木聚糖酶13份、过氧化氢酶17份复配后，经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0083] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0084] e）包膜处理：通过1wt%聚丙烯酰胺溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0085] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0086] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、环氧氯丙烷按质量比82:20:4混合，通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0088] 生活污水进水水质COD为500mg/l，NH3-N为70 mg/l，系统停留时间为6h，经硅-碳基材固定化酶环保生物包技术处理后出水COD为40 mg/L，NH3-N为12 mg/l，达到国家生活污水排放标准。
[0089] 实施例5
[0090] 根据有机废气的污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0091] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0092] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的硅藻土浸泡于1.4wt%的戊二醛溶液中，活化5h，用无离子水清洗后，自然风干，备用；
[0093] b）纳米硅/碳基载体的制备：将二氧化硅与活化处理后的硅/碳基载体在90℃干燥1.5h，然后再升温至400℃，保温0.5h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占7wt%，硅/碳基载体占93wt%；
[0094] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶10份、葡聚糖酶3份、醇脱氢酶7份、蛋白酶10份、淀粉酶7份、果胶酶10份、葡聚糖酶12份、漆酶8份、脂肪酶12份、木聚糖酶13份、过氧化氢酶17份复配后经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0095] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0096] e）包膜处理：通过3wt%海藻酸钠溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0097] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0098] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、环氧氯丙烷按质量比70:15:3混合后，通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0099] 污染空气中甲苯为30mg/ m3，二甲苯为16 mg/ m3，硅-碳基材固定化酶环保生物包中气体流速为0.36m/s，经硅-碳基材固定化酶环保生物包技术处理后，其中甲苯及二甲苯的去除率为90%-98%，比不采用硅-碳基材固定化酶环保生物包技术分别提高21及27个百分点，可保证环境空气稳定达标。
[0100] 实施例6
[0101] 根据有机废气的污染特征情况，制备了一种硅/碳基复合固定化酶环保材料，具体步骤为：
[0102] 1）固定化酶颗粒剂的制备：
[0103] a）硅/碳基载体的活化处理：将预处理后的活性炭浸泡于3wt%的戊二醛溶液中，活化5h，用无离子水清洗后，自然风干，备用；
[0104] b）纳米硅/碳基载体的制备：将纳米材料与活化处理后的硅/碳基载体在100℃干燥1h，然后再升温至400℃，保温0.5h，制得粒径为3-10 mm的纳米硅/碳基载体；纳米硅/碳基载体中，纳米材料占3wt%，硅/碳基载体占97wt%；
[0105] c）生物酶液的制备：选用酶活力在500U/mg以上的纤维素酶11份、葡聚糖酶3份、醇脱氢酶5份、蛋白酶8份、淀粉酶7份、果胶酶10份、葡聚糖酶12份、漆酶5份、脂肪酶12份、木聚糖酶6份、过氧化氢酶13份复配后，经溶解、沉淀、分离、过滤、超滤浓缩、增稠、筛分、精制后制得生物酶液；
[0106] d）定向固定化：采用步骤c）的生物酶液对步骤b）制得的纳米硅/碳基载体进行定向喷淋，在喷淋通道上浸润20 min，得到中间体；
[0107] e）包膜处理：通过1wt%聚丙烯酰胺溶液将步骤d）制得的中间体产品进行包膜处理，干燥，制得固定化酶颗粒剂；
[0108] 2）复合颗粒剂的制备：将粉末状的硅/碳基载体与生物酶液按质量比3:1混合，形成含水率为30-80 wt%的混合物，经造粒、干燥后，制得复合颗粒剂；
[0109] 3）复合材料的制备：将步骤1）制得的固定化酶颗粒剂和步骤2）制得的复合颗粒剂、环氧氯丙烷按质量比80:20:5混合，通过混合机械进行混合处理，制得颗粒状固定化酶复合材料。
[0110] 污染空气中甲醛为1.2mg/ m3，硅-碳基材固定化酶环保生物包中气体流速为0.38m/s，经硅-碳基材固定化酶环保生物包技术处理后，其中甲醛的去除率为99%，比不采用硅-碳基材固定化酶环保生物包技术分别提高50个百分点以上，可保证环境空气中甲醛达到净化。
[0111] 表1实施例1-4制得的硅-碳基复合固定化酶环保材料技术参数
[0112]
[0113] 表2硅-碳基复合固定化酶环保材料处理污水数据
[0114]
[0115] 表2数据仅是代表部分内容。本发明的应用还包括化工废水，屠宰废水，畜禽养殖废水等高浓度难降解类有机废水处理。
[0116] 采用本发明进行空气净化，其降解污染物效果见下表：
[0117] 表3空气净化处理多次实验加权平均值对比检测数据（单位：mg/m3）[0118]
[0119] “+”表示“增加”，“-”表示“减少”。
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