試論磁性固定化技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展

何莉 孫林溪 廖志強(qiáng) 黃永輝 談濤??

摘要：近年來，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，亟需開發(fā)一些新的環(huán)境治理技術(shù)。新興的磁性固定化技術(shù)由于成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)在大氣治理、廢水治理、環(huán)境檢測等方面得到了廣泛應(yīng)用。本文闡述了磁性固定化技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用，并剖析了它的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：磁性固定化技術(shù)；環(huán)境工程；研究和應(yīng)用

磁性固定化技術(shù)因?yàn)槠涮貏e的磁學(xué)特性，將高分子材料與其組合在一起，對(duì)其表面通過改性和修飾增大它的生物兼容性，能夠作為固定微生物的載體。因?yàn)樗倪@個(gè)特性，在我國的環(huán)境工程上擁有巨大的發(fā)展空間，在廢水、廢氣處理以及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

1 磁性載體的固化方式

1.1 共價(jià)法

[JP2]在分子或基團(tuán)之間形成共價(jià)鍵，由于共價(jià)鍵非常牢固，共價(jià)鍵一旦形成，就意味著這兩個(gè)分子或基團(tuán)將密不可分，變得相當(dāng)穩(wěn)定，這就能夠在一定程度上減少酶脫落的現(xiàn)象出現(xiàn)。但是這種方法缺點(diǎn)也很明顯，比如使載體活化、繁復(fù)的固化過程等，而且在構(gòu)建共價(jià)鍵時(shí)還需要嚴(yán)格的環(huán)境要求，因此，只有滿足反應(yīng)條件并嚴(yán)格監(jiān)控反應(yīng)進(jìn)程才能得到活力良好的固定化酶。

1.2 吸附法

吸附法，很明顯是一種物理方法，將酶固定在多孔玻璃或者類似載體上，而且類似的載體有很多種，不過主要是高分子材料。這種方法固定條件比較溫和而且操作簡便，在吸附時(shí)，載體能夠被更好的固定和純化，活化失活的酶，再生所使用的載體。

1.3 包埋法

這種方法要求的環(huán)境與其他的方法都有很大的不同，格子結(jié)構(gòu)或者聚合物材料的微囊是其固定發(fā)生的環(huán)境。雖然環(huán)境比較特殊，但是能提前防止酶蛋白的釋放而且操作過程很簡單。不過美中不足的是在固定過程中可能會(huì)有少許底物在該環(huán)境中與酶接觸。這種方法實(shí)現(xiàn)了酶分子的包埋，不會(huì)降低酶分子的生物活性，不過是用于較小的底物，不適合用于相對(duì)大

2 磁性固定化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 廢氣處理

磁性固定化技術(shù)的固化實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速度很快，在高密度的反應(yīng)物中仍有較高的速度，而且在反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物容易分離。因?yàn)榫哂羞@些特點(diǎn)，磁性固化技術(shù)在廢氣處理中被大量使用。

部分科研人士[1]從海藻酸鈉的固化實(shí)驗(yàn)中得到了理想的實(shí)驗(yàn)成果，實(shí)驗(yàn)中嘗試降解氧化亞硫酸鐵，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)中氧化亞硫酸鐵的殘余量不到實(shí)驗(yàn)剛開始的百分之三，這在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該也能取得良好的效果。

還有一部分科研人員 [2]以海藻酸鈣為固化載體來固定微生物，并對(duì)硫化氫等有害氣體進(jìn)行了凈化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該微生物顆粒凈化了大概百分之九十的硫化氫氣體。另外，馬艷玲利用活性炭的特性來吸附假單胞菌，以此來達(dá)到處理廚房中油煙廢氣的目的。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)氣體流速在8L/h以下，油煙濃度低于100mg/L，反應(yīng)器皿的容積負(fù)荷在2.5～19.0g/m3h范圍之間，油煙在反應(yīng)器中停留的時(shí)長在三十秒以上時(shí)，該反應(yīng)器能夠在短時(shí)間內(nèi)分解廢氣中百分之九十五以上的油煙氣體，反應(yīng)效率很高，對(duì)油煙廢氣的處理結(jié)果十分理想。

2.2 環(huán)境檢測

現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)與生物學(xué)中，免疫磁性分離技術(shù)早已投入使用，并漸漸趨于成熟。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，在環(huán)境檢測中也能起到很好的作用。免疫磁分離技術(shù)可以把目標(biāo)微生物從樣品中分離出來，如果將多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以及熒光免疫分析等技術(shù)在環(huán)境檢測過程中有機(jī)的組合在一起，就能夠極大的提高檢測的極限，提高微生物的分離效率。比如，在對(duì)廢水中的大腸桿菌濃度檢測中，通過免疫磁性分離技術(shù)及其他技術(shù)組合來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這可以使反應(yīng)時(shí)間大大縮短[3]。一些科研人員[4]在分離金屬離子時(shí)，使用了磁性納米微生物球，并對(duì)磁性納米微生物球的表面做了改性處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在濃度為10ng/ml，pH值為4的溶液中，可以將Cu、Co、Pb等離子有序的提出，而且提取效率能夠達(dá)到百分之九十甚至更高。因此若將該技術(shù)正式投入使用，就能極大地提高環(huán)境檢測的效率。

2.3 廢水處理

目前我國的水污染尤其嚴(yán)重，部分大江大河的難以達(dá)標(biāo)，對(duì)廢水進(jìn)行處理刻不容緩。隨著廢水處理技術(shù)的發(fā)展，磁性固化技術(shù)逐漸進(jìn)入了科研人員的視野。比如將細(xì)菌胞外酶固定在特定的磁性載體上，在分解污水中的大分子有機(jī)物時(shí)，能夠在很大程度上提高分解效率。廢水處理時(shí)并且能將微生物與載體分離，從而對(duì)廢水中的微生物進(jìn)行處理。如果對(duì)磁性載體做一些特殊處理，可以提高載體承載的微生物數(shù)量，在一定程度上提高的廢水處理效益。

3 磁性固化技術(shù)的發(fā)展前景

由上文可以看出磁性固化技術(shù)在性能方面具有非常大的優(yōu)勢并且還有非常大的技術(shù)開發(fā)空間。雖然在環(huán)境工程這個(gè)領(lǐng)域磁性固化技術(shù)的應(yīng)用才剛剛起步，但已經(jīng)取得了良好的使用效果。正因?yàn)槿绱耍哟笤摷夹g(shù)在環(huán)境工程方面的科研力度，擴(kuò)大該技術(shù)的適用范圍，是以后的發(fā)展方向。但目前該技術(shù)仍在存在的一些缺點(diǎn)，比如在磁性納米球的制備方面，不同結(jié)構(gòu)的納米球機(jī)理性能不同，這為材料的制備帶來了困難；微生物固定在磁性納米球的方法存在部分固化方式反應(yīng)環(huán)境較苛刻、固化酶性質(zhì)多變等問題，需要盡量的進(jìn)行改良；最后分離出的酶的處理方式仍有不足，無法保證酶的活性，工藝不完善。

4 結(jié)語

人們的社會(huì)在飛速發(fā)展，相應(yīng)的科技也在飛速進(jìn)步，在環(huán)境工程方面，隨著磁性納米技術(shù)的應(yīng)用，通過共價(jià)法、吸附法、包埋法的使用，將酶或者微生物固定在特殊的載體上，再用磁性將它們分離，對(duì)酶或者微生物進(jìn)行最后的工藝處理，這在處理廢水、廢氣以及環(huán)境檢測方面取得了很好的實(shí)際效果。在未來，通過對(duì)該技術(shù)的深入研究和應(yīng)用，會(huì)在環(huán)境工程領(lǐng)域取得更大的成就。

參考文獻(xiàn)：

[1]方明，汪泠，徐偉.磁性固定化技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015，12（32）：70+72

[2]李美汐.磁性固定化技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].化工管理，2016，（23）：293.

[3]周瑾，周作明，荊國華.磁性固定化技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2011，30（05）：11061111.

[4]畢生雷，張成明，李十中，劉鉞，杜風(fēng)光.固定化技術(shù)在生物能源及環(huán)境工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]. 釀酒科技，2015，（01）：102105.