科技成果

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成果名称: 基于水体污染物快速高效降解的氯过氧化物酶生物催化平台的构建

成果登记号: 9612020J0079

第一完成单位: 陕西师范大学

联 系 人: 王彩红

成果类型: 基础理论

成果体现形式 : 论文

技术领域: 环境保护与资源综合利用

应用行业: 水利、环境和公共设施管理业

成果简介:

研究团队在国家自然科学基金(21176150、20876094)的资助下,本项目基于水体中残留的水溶性污染物的快速高效降解这一难题,围绕氯过氧化物酶(CPO)的催化活性调控、催化降解机理以及应用于污染物降解中CPO纳米酶反应器的构建等问题,在蛋白质工程、溶剂工程、环境工程等领域开展了系统、深入的研究工作,取得了系列创新性研究成果:(1) 构建了染料、农药、抗生素、持续性有机污染物等一系列水体中的水溶性污染物的酶催化快速高效降解体系。其中染料(包括偶氮、蒽醌、三苯甲烷类等12种染料)的脱色降解率在5分钟内可分别达到77.25~98.73%;其它物质(双酚A、氯酚、萘普生等抗炎药、三氮唑等有机农药,共23种不同结构的有机污染物)的降解率在25分钟内也可分别达到82.18~100%,领先于目前报道的同类物质的降解时间及降解率;(2) 为解决CPO用于实际污水处理时操作稳定性不高以及难以重复使用的问题,利用酶的固定化技术构建了一系列同时具备高稳定性、高催化活性以及高重复使用性的纳米酶反应器并用于实际污水的处理,皆取得了理想的效果;同时通过将微观结构探究与热力学参数和酶动力学参数的测定相结合,解析了CPO纳米酶反应器的构效关系;(3) 通过降解产物及反应中间体的检测,阐明了CPO酶促降解的路线及机理,并建立了基于微生物检测的持续性环境毒性的评价体系;(4) 提出了一系列氯过氧化物酶的抑制剂、增敏剂和结构修饰剂,一定程度上阐明了CPO的活性调控机制,从而提高了酶促降解的效率;(5) 引入离子液体、表面活性剂、多羟基化合物等为共溶剂有效提高底物的降解率;阐明了共溶剂对CPO活性中心微环境、酶蛋白的α螺旋等二级结构及表面构象的影响,解析了这些物质在反应体系中的多重效应。

课题组在生物催化、生物化工及环境工程领域的国际主流期刊Chemical Engineering Journal, Biochemical Engineering Journal, Materials and Design, Bioprocess and Biosystems Engineering, Industrial & Engineering Chemistry Research等发表研究论文28篇(SCI收录25篇),获得授权中国发明专利10项。研究成果引起了国内外的关注,被Chemical Communications, Bioresource Technology, Journal of Hazardous Materials等国际著名期刊引用,单篇最高引用率达到37篇次。同时也引起了相关厂商的广泛关注,目前已与"浙江医药股份有限公司昌海生物分公司"签订了关于"制药过程废水的生物酶催化降解处理技术研究"的技术开发合同。