漆酶增強(qiáng)黃麻去除水中亞甲基藍(lán)的研究

孫秀賢，孟昭福,2*，曹雪雯，王騰，胡嘯龍，王新欣，劉欣

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100）

隨著印染、紡織等行業(yè)的發(fā)展，全球超過1 萬種、約70萬t的人工合成染料被消耗，其中高達(dá)15%的染料會(huì)以污水的形式排入環(huán)境中[1]。染料廢水有機(jī)污染物含量高，毒性和三致性高，難以降解，成為國(guó)內(nèi)外廢水處理的重難點(diǎn)之一[2]。其中，亞甲基藍(lán)（MB）作為應(yīng)用于化學(xué)中間體、醫(yī)藥試劑和化妝品等行業(yè)的重要染色劑[1]，是一種應(yīng)用廣泛且危害較大的染料，含MB染料的廢水水質(zhì)變化較大、顏色較深、難以生物降解，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[3]。如何有效便捷地去除水體中的MB，受到越來越多人的關(guān)注。

目前處理染料廢水的技術(shù)主要集中在吸附、離子交換、反滲透、膜過濾、生物降解、電化學(xué)降解、光化學(xué)降解、超聲波降解等技術(shù)[1，4?5]。其中，吸附法具有能耗低、設(shè)備和操作簡(jiǎn)單、凈化率高等特點(diǎn)[5]，是一種經(jīng)濟(jì)的處理技術(shù)。在針對(duì)染料廢水的吸附材料方面目前研究較多，如農(nóng)林廢棄物（黃麻棒[1，5]、秸稈[6]、花生殼[3]）、生物炭[7]、碳納米管[8]、交聯(lián)聚合物[9]、纖維素基[10]等。但尚存成本較高、吸附能力不足、難以分離的問題，因此研究一種吸附好、成本低、易分離的吸附材料對(duì)于染料廢水的處理具有實(shí)際意義。

黃麻（Jute）是一種數(shù)量豐富、廉價(jià)易得的材料[11]，具有較大的比表面積和多羥基、羧基[12]等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其在染料廢水方面的應(yīng)用已見報(bào)道。研究顯示[1，5，10，13?15]，麻類材料具有快速吸附能力、較高的吸附容量和一定的重復(fù)使用能力，中堿性、低溫、低離子強(qiáng)度條件下更有利于染料的去除，而吸附機(jī)制主要以靜電引力、氫鍵作用等為主。為了進(jìn)一步增強(qiáng)麻類材料對(duì)染料的吸附能力，有學(xué)者采用物理、化學(xué)方法進(jìn)行改性，如接枝[4]、微波輻射[14]、酸堿鹽改性[13?15]等，結(jié)果顯示，改性后材料的吸附量增大1.2～10 倍，且重復(fù)使用性能有所增強(qiáng)。

漆酶（Laccase）是一種多銅氧化還原酶，具有催化偶氮類染料分解[16?18]和在吸附材料上固定修飾的能力，已有學(xué)者采用漆酶修飾殼聚糖[16]、碳納米管[17]等以增強(qiáng)材料的去除性能、增加降解性能，但漆酶修飾麻類材料增強(qiáng)其去除性能的研究尚未見報(bào)道。采用漆酶對(duì)黃麻進(jìn)行修飾，將黃麻的吸附性能和漆酶的酶解催化性能相結(jié)合，以期強(qiáng)化黃麻應(yīng)用于染料廢水的處置效應(yīng)。

本文以易于分離的段狀黃麻為基質(zhì)，通過酶固定化方法，制備了系列漆酶?黃麻復(fù)合材料，以MB 模擬染料廢水，通過批處理法研究了復(fù)合材料對(duì)MB 的去除性能及再生性能，同時(shí)考察了漆酶給酶量、溫度、pH及離子強(qiáng)度對(duì)MB去除性能的影響，并通過紅外光譜、掃描電鏡及表面電荷特征等表征其官能團(tuán)、表面形貌和電荷變化，以探討其對(duì)MB 的去除機(jī)制，旨在為漆酶?黃麻復(fù)合材料在染料廢水處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試黃麻購(gòu)自江蘇宿遷，含纖維素60%、木質(zhì)素12%、半纖維素14%、水分10%及少量果膠、灰分和脂蠟質(zhì)[11]等。漆酶源自米曲霉，活性為10 000 U·L?1，購(gòu)自西安欣祿生物科技有限公司。MB 為分析純，分子式為C16H18ClN3S，分子量為319.85，購(gòu)自成都市科龍化工試劑廠。其余化學(xué)試劑均為分析純，購(gòu)自天津天力化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

1.2 漆酶?黃麻復(fù)合材料的制備

所購(gòu)黃麻用自來水、去離子水各清洗數(shù)次，清洗晾干后切約2 cm 段成為段狀黃麻（SJ），放入60 ℃烘箱中烘干，干燥保存?zhèn)溆谩Ｓ?.1 mol·L?1NaOH 室溫浸泡SJ 12 h，再將SJ 用去離子水洗滌至中性，然后在60 ℃下烘至恒質(zhì)量備用。將NaOH 改性后的SJ 浸入戊二醛溶液中，室溫?cái)嚢?2 h，然后用去離子水沖洗，冷凍干燥備用。將戊二醛處理后的SJ 放于不同體積濃度的漆酶溶液中，25 ℃恒溫振蕩48 h 后，用檸檬酸鹽/磷酸鹽緩沖溶液（pH 4.5）洗滌3 次，制備好的漆酶?黃麻復(fù)合材料（L?SJ）經(jīng)冷凍干燥后于4 ℃條件下保存?zhèn)溆?。以漆酶體積濃度表示漆酶給酶量，將原酶液分別稀釋1 000、200、100、20 倍后分別得到漆酶體積濃度0.1%、0.5%、1%、5%，所制備的復(fù)合材料分別為0.1%漆酶?黃麻、0.5%漆酶?黃麻、1%漆酶?黃麻和5%漆酶?黃麻，以0.1%L?SJ、0.5%L?SJ、1%L?SJ和5%L?SJ表示。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用吸附等溫線的方式，供試黃麻樣品設(shè)SJ、0.1%L?SJ、0.5%L?SJ、1%L?SJ 和5%L?SJ，吸附劑用量為5 g·L?1。以下實(shí)驗(yàn)每個(gè)處理均設(shè)2個(gè)重復(fù)。

1.3.1 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

動(dòng)力學(xué)時(shí)間在10～480 min 內(nèi)設(shè)置16 個(gè)取樣點(diǎn)，MB濃度為0.63mmol·L?1（200mg·L?1），實(shí)驗(yàn)溫度30℃，pH 5，背景溶液離子強(qiáng)度以0.005 mol·L?1KCl溶液控制。

1.3.2 漆酶給酶量

選取0.1%L?SJ、0.5%L?SJ、1%L?SJ 和5%L?SJ 4種樣品，以SJ 為對(duì)照，進(jìn)行吸附等溫實(shí)驗(yàn)，MB 設(shè)置為0.016、0.031、0.063、0.16、0.31、0.63、0.94、1.25、1.56 mmol·L?1共9 個(gè)濃度（分別對(duì)應(yīng)5、10、20、50、100、200、300、400、500 mg·L?1），實(shí)驗(yàn)溫度30 ℃，pH 5，背景溶液離子強(qiáng)度以0.005 mol·L?1KCl溶液控制。

1.3.3 條件實(shí)驗(yàn)

選取5 種黃麻樣品進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)的研究，MB 濃度為0.63 mmol·L?1，考察溫度、pH 和離子強(qiáng)度對(duì)MB去除性能的影響。

溫度：設(shè)20、30、40 ℃3 個(gè)溫度，pH 均為5，背景溶液離子強(qiáng)度以0.005 mol·L?1KCl溶液控制。

pH：以鹽酸/KOH 溶液將MB的初始pH 設(shè)為3、4、5、6、8、10、12，溫度均設(shè)為30 ℃，背景溶液離子強(qiáng)度以0.005 mol·L?1KCl溶液控制。

離子強(qiáng)度：背景溶液離子強(qiáng)度分別以0.001、0.005、0.01、0.05、0.1 mol·L?1KCl 溶液控制，溫度均為30 ℃，pH均為5。

1.3.4 漆酶效應(yīng)

為判斷漆酶的效用，設(shè)置SJ、1%L（F）、1%L?SJ和1%L（D）?SJ 4種材料的MB去除實(shí)驗(yàn)。其中，1%L（F）表示體積濃度為1%的游離漆酶，單位為mL·L?1；1%L（D）?SJ表示1%漆酶?黃麻（漆酶100 ℃滅活）。

1.3.5 再生實(shí)驗(yàn)

用吸附MB 后的SJ、1%L?SJ 進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)。再生液選擇pH 4.5 的檸檬酸鹽/磷酸鹽緩沖溶液，再生吸附循環(huán)4 次。重復(fù)操作時(shí)，MB 濃度0.63 mmol·L?1，實(shí)驗(yàn)溫度30 ℃，pH 5，背景溶液離子強(qiáng)度以0.005 mol·L?1KCl溶液控制。

1.3.6 材料表征

以Nicolet 5 DX 型傅里葉變換紅外光譜儀（FT?IR）測(cè)定SJ、5%L?SJ、SJ?MB 和5%L?SJ?MB 4 種樣品的紅外光譜，測(cè)試區(qū)間為600～4 000 cm?1，其中SJ?MB和5%L?SJ?MB 分別表示吸附MB 的黃麻和5%漆酶?黃麻。以日本日立公司S?4800 型掃描式電子顯微鏡（SEM）觀察SJ、1%L?SJ 供試樣品的形貌。SJ、1%L?SJ 的CEC 測(cè)定采用乙酸鈉?火焰光度法，表面羧基、羥基官能團(tuán)數(shù)量的測(cè)定采用Boehm滴定法。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)確稱取0.100 0 g黃麻供試樣品于16 個(gè)50 mL 玻璃離心管中，加入20 mL 濃度為0.63 mmol·L?1MB 溶液后，用封口膜密封，蓋緊蓋子，放于搖床中以100 r·min?1的轉(zhuǎn)速振蕩，于設(shè)置的一系列時(shí)間點(diǎn)取出，取上清液測(cè)定MB 剩余濃度，差減法計(jì)算MB去除量。

平衡吸附實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)確稱取0.100 0 g黃麻供試樣品于9 個(gè)50 mL 玻璃離心管中，分別加入20 mL 不同濃度的MB 溶液后，用封口膜密封，蓋緊蓋子，放于搖床中以100 r·min?1的轉(zhuǎn)速振蕩2 h（動(dòng)力學(xué)結(jié)果），吸附平衡后靜置10 min，取上清液測(cè)定MB剩余濃度，差減法計(jì)算MB去除量和去除率。

再生實(shí)驗(yàn)：將吸附了MB 的黃麻樣品固液分離后，加入20 mL 檸檬酸鹽/磷酸鹽緩沖溶液，用封口膜密封，蓋緊蓋子，放于搖床中以100 r·min?1的轉(zhuǎn)速振蕩1 h 后靜置10 min，分離上清液和黃麻樣品。解吸過程重復(fù)3次，供試樣品以去離子水沖洗3次后，進(jìn)行下一輪的吸附?再生實(shí)驗(yàn)。

MB 測(cè)定采用MAPADA UV?3200 紫外可見分光光度計(jì)于666 nm波長(zhǎng)處測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 去除量和去除率

本文以去除量和去除率表示各黃麻樣品對(duì)MB的去除性能。MB的去除量（qe）[19]和去除率（D）[16]分別根據(jù)公式（1）和公式（2）計(jì)算：

式中：c0和ce分別為溶液中MB 的初始濃度和平衡濃度，mmol·L?1；V為加入MB 溶液的體積，mL；m為吸附劑質(zhì)量，g；qe為MB的去除量，mmol·kg?1；D為MB的去除率，%。

1.5.2 吸附等溫線的擬合

以Sips吸附等溫方程[20]擬合，其表達(dá)式為：

式中：KS為Sips 模型的平衡常數(shù)，L·mmol?1；qS為飽和吸附量，mmol·kg?1；ns為吸附過程的異質(zhì)性因子。當(dāng)1/ns=1 時(shí)，Sips 模型變?yōu)長(zhǎng)angmuir 模型，故1/ns越趨近于1，吸附劑的表面越均勻，1/ns越高，吸附劑表面的不均勻性越強(qiáng)。

采用Origin 8.5進(jìn)行模型擬合和圖表繪制。

1.5.3 表觀熱力學(xué)參數(shù)

采用公式[19]（4）和公式（5）計(jì)算吸附自由能變：

式中：K為去除平衡常數(shù)；qe、ce意義與單位同公式（1）；ΔG為吸附自由能變，kJ·mol?1；R為氣體常數(shù)，8.314 J·mol?1·K?1；T為開爾文溫度，K。

2 結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)力學(xué)結(jié)果

MB 去除量隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線見圖1。從圖1 可見，SJ 和L?SJ 在0～70 min 為快速吸附階段，隨后在70～120 min 內(nèi)去除量的增加趨勢(shì)逐漸減緩，在120 min 左右去除量趨于穩(wěn)定，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)平衡時(shí)間均設(shè)置為2 h。

2.2 漆酶給酶量對(duì)MB去除量的影響

漆酶給酶量對(duì)MB 去除量的影響如圖2，表1 為Sips吸附等溫模型的擬合參數(shù)。MB 等溫去除曲線通過Henry、Langmuir、Freundlich、Sips、D?R 模型進(jìn)行擬合，其中Sips 吸附等溫模型表現(xiàn)出最佳的擬合結(jié)果，R2最高且均達(dá)到了極顯著水平，說明該擬合方程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合良好。

表1 不同黃麻材料對(duì)MB等溫去除曲線的擬合參數(shù)Table 1 Fitting parameters of MB isothermal removal curve by different jute materials

圖2顯示，隨MB平衡濃度的升高，各黃麻供試樣品對(duì)MB 的等溫去除量曲線均具有較好的一致性，且在供試濃度范圍內(nèi)均未達(dá)到最大去除量，去除量曲線依然呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。漆酶的負(fù)載增加了MB 的去除量和去除率，與SJ 相比，L?SJ 對(duì)MB 的去除量提高了1.09～1.11 倍，去除率提高了8.02%～9.66%。MB 去除量大小順序?yàn)?%L?SJ>5%L?SJ>0.5%L?SJ>0.1%L?SJ>SJ，隨漆酶給酶量的增加，不同漆酶處理的黃麻對(duì)MB 去除量的差異較小，在最高M(jìn)B 濃度下（1.56 mmol·L?1），SJ 和L?SJ 對(duì)MB 的去除量分別為267.17 mmol·kg?1和292.24～297.38 mmol·kg?1，去除率分別為85.46%和93.48%～95.12%，Sips 擬合飽和吸附量順序?yàn)?%L?SJ>5%L?SJ>SJ>0.5%L?SJ>0.1%L?SJ，1%L?SJ 具有最大的吸附能力，最大飽和吸附量為1 097.11 mmol·kg?1。對(duì)比5 種材料的1/ns發(fā)現(xiàn)，1/ns均高于1，說明其不均勻性較強(qiáng)。SJ 和L?SJ 對(duì)MB 的去除量隨平衡濃度的變化呈現(xiàn)非線性變化趨勢(shì)。

2.3 外界條件對(duì)黃麻去除MB的影響

2.3.1 溫度

溫度對(duì)MB 去除性能的影響如圖3 所示，在3 個(gè)溫度下，SJ 與L?SJ 對(duì)MB 去除的變化趨勢(shì)相似，均隨溫度的升高而降低，為放熱反應(yīng)特征，具有一致性。溫度從20 ℃升至40 ℃時(shí)，SJ 和L?SJ 對(duì)MB 的去除量分別下降了約4 mmol·kg?1和6～13 mmol·kg?1，去除率分別下降了3.83%和6.47%～10.42%。在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，SJ和L?SJ總體去除率的變化較小。

5 種材料去除MB 的熱力學(xué)參數(shù)見表2，除SJ 在40 ℃時(shí)的ΔG>0外，其他條件下去除反應(yīng)的ΔG均小于0，表明反應(yīng)是自發(fā)性的。同一材料在不同溫度下?ΔG的順序?yàn)?0 ℃>30 ℃>40 ℃，證實(shí)各供試材料對(duì)MB的去除在低溫條件下更有利，具有物理吸附特征。

表2 不同黃麻材料對(duì)MB去除的熱力學(xué)參數(shù)Table 2 Thermodynamic parameters of MB removal by different jute materials

2.3.2 pH

溶液pH 對(duì)MB 去除性能的影響如圖4所示，SJ與L?SJ 具有不同的變化趨勢(shì)。從pH3 增至pH12 時(shí)，SJ對(duì)MB 的去除量和去除率均隨pH 的增大而增大，分別增大了17.40 mmol·kg?1和13.91%。而L?SJ 隨著pH 的升高，去除率總體變化較小，且不同L?SJ 具有一致性：在pH 3～4 時(shí)，去除率增大1.01%～2.94%，pH在4～12 時(shí)，去除率穩(wěn)定在94%～97%范圍內(nèi)，去除量穩(wěn)定在115～120 mmol·kg?1。

2.3.3 離子強(qiáng)度

圖5 為離子強(qiáng)度對(duì)MB 去除性能的影響。SJ 與L?SJ 對(duì)MB 的去除量和去除率受離子強(qiáng)度的影響呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，均隨離子強(qiáng)度的增加而降低。在離子強(qiáng)度由0.001 mol·L?1增加至0.01 mol·L?1時(shí)，SJ與L?SJ對(duì)MB的去除量和去除率的變化趨勢(shì)較小，去除量分別下降了7.12 mmol·kg?1和5.18～9.84 mmol·kg?1，去除率分別下降了5.69%和5.18%～9.84%；離子強(qiáng)度由0.05 mol·L?1升至0.1 mol·L?1時(shí)，對(duì)MB 的去除量和去除率的變化趨勢(shì)較大，去除量分別下降了15.69 mmol·kg?1、7.55～15.13 mmol·kg?1，去除率分別下降了10.57%和7.55%～12.10%。相較而言，SJ 的變化趨勢(shì)較大，L?SJ的變化趨勢(shì)相對(duì)較小。

2.4 再生次數(shù)對(duì)去除MB的影響

由圖6 可知，SJ、1%L?SJ 對(duì)MB 的去除率均隨再生次數(shù)的增加而降低，SJ 和1%L?SJ 經(jīng)過4 次再生循環(huán)后去除率分別由80.33%和95.11%下降至53.21%和76.66%。在每一再生循環(huán)中，1%L?SJ 對(duì)MB 的去除率均高于SJ，去除率的下降程度均低于SJ，表明漆酶負(fù)載增強(qiáng)了SJ的重復(fù)使用性能。

2.5 紅外光譜

圖7 為SJ、5%L?SJ、SJ?MB 和5%L?SJ?MB 的紅外光譜圖。3 380 cm?1（—OH 伸縮振動(dòng)）、2 900 cm?1（C—H 對(duì)稱與非對(duì)稱拉伸振動(dòng)）、1 630 cm?1（—COOH的C=O 拉伸振動(dòng)）、1 160 cm?1（C—O 反對(duì)稱伸縮振動(dòng)）、1 060 cm?1（C—O 和C—O—C 伸縮振動(dòng)）、600 cm?1（—OH 平面彎曲振動(dòng)）和1 450 cm?1（苯環(huán)骨架振動(dòng)）等峰值，均為纖維素特征官能團(tuán)吸收峰，說明SJ經(jīng)酶處理后，基本結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。漆酶的負(fù)載并未引起官能團(tuán)的消失或增加，但官能團(tuán)峰面積的變化（如2 900、1 630、1 060 cm?1處峰面積的變化）表明漆酶負(fù)載可能會(huì)使部分官能團(tuán)的含量發(fā)生變化。對(duì)比吸附MB 前后的SJ、5%L?SJ 可以發(fā)現(xiàn)，600 cm?1處的—OH 發(fā)生藍(lán)移，證明—OH 與MB+形成了較強(qiáng)的靜電作用或氫鍵作用。另外，2 759 cm?1處出現(xiàn)的峰屬于MB 中C—H 伸縮振動(dòng)峰，表明MB 明顯存在于材料表面。

2.6 掃描電鏡

SJ和1%L?SJ的表面形貌如圖8所示。由圖8（a）可知，SJ 表面較為粗糙，內(nèi)孔較多，因含有大量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等而使表面呈纖維狀，纖維之間被填充，并且附著有不規(guī)則的顆粒。圖8（b）顯示漆酶負(fù)載后，L?SJ 表面形貌發(fā)生變化。與SJ相比較，1%L?SJ 纖維狀結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，但纖維間的填充減少，不規(guī)則的顆粒消失，結(jié)構(gòu)更為疏松。這是因?yàn)镾J 經(jīng)預(yù)處理后，NaOH 將表面的果膠、油脂和蠟質(zhì)等溶解，使得SJ 表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。戊二醛和漆酶的附著使得SJ 表面更為光滑。這與紅外光譜顯示的L?SJ纖維素結(jié)構(gòu)變化較小的結(jié)果一致。

2.7 漆酶效用分析

圖9為SJ、1%L（F）、1%L?SJ和1%L（D）?SJ對(duì)MB去除率的對(duì)照?qǐng)D，4 種材料去除率的順序?yàn)?%L?SJ>1%L（D）?SJ>SJ>1%L（F），去除率分別為94.16%、87.05%、85.80%和11.39%。1%L（D）?SJ 對(duì)MB 的去除率較1%L?SJ 低7.11 個(gè)百分點(diǎn)，該降低值與1%L（F）對(duì)MB 的酶解率接近，證實(shí)了1%L?SJ 中漆酶的酶解作用，同時(shí)也說明漆酶對(duì)MB 的酶解去除是一種輔助作用，而黃麻的吸附作用是MB 去除的主要方式。計(jì)算結(jié)果表明，在MB 去除率中，黃麻吸附貢獻(xiàn)率為91.12%，漆酶的輔助作用貢獻(xiàn)率為8.88%。

3 討論

黃麻由大量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分組成，表面較粗糙，具有較多的內(nèi)孔、明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則顆粒，富含大量的羥基和羧基，可提供強(qiáng)氫鍵和交聯(lián)基團(tuán)[2]，表面具有負(fù)電荷吸附點(diǎn)位（CEC=102.01 cmol·kg?1）。同時(shí)，木質(zhì)素中的芳香環(huán)是相對(duì)疏水的區(qū)域，其可與MB 的苯環(huán)產(chǎn)生π?π 鍵[21]，有利于MB 通過表面吸附、靜電引力、氫鍵以及π?π 鍵多種吸附方式吸附在黃麻表面，這一機(jī)制被紅外光譜結(jié)果所證實(shí)。5 種材料的等溫去除曲線表現(xiàn)為非線性，表明其對(duì)MB 的去除以表面吸附為主[22]，同時(shí)對(duì)MB去除的不均勻性，表明材料具有非均一的單分子層吸附特征[23]，非線性的吸附等溫模型及其非均一的單分子層吸附特征也支持了上述吸附機(jī)制。

已有研究表明，漆酶與SJ 的結(jié)合源自戊二醛的兩個(gè)醛基（—CHO），一個(gè)—CHO 與SJ 表面基團(tuán)結(jié)合，另一個(gè)—CHO 與漆酶形成共價(jià)鍵，從而實(shí)現(xiàn)漆酶與SJ的結(jié)合[16]。漆酶對(duì)MB去除的增強(qiáng)作用主要來源于兩方面：一方面來源于漆酶的酶解作用，其主要通過將偶氮染料中的偶氮轉(zhuǎn)化為分子氮而使染料分解[18]；另一方面，漆酶負(fù)載對(duì)黃麻結(jié)構(gòu)的影響也會(huì)導(dǎo)致吸附的增強(qiáng)效應(yīng)。漆酶負(fù)載后，L?SJ 纖維狀結(jié)構(gòu)間填充減少，不規(guī)則的顆粒消失，結(jié)構(gòu)更為疏松。有學(xué)者證實(shí)[24]，堿處理后的纖維材料其孔隙率增加、表面積增大，從而提高了傳質(zhì)效率，這一結(jié)果得到了掃描電鏡結(jié)果的支持。同時(shí)官能團(tuán)測(cè)定結(jié)果顯示，1%L?SJ 游離羧基、羥基的數(shù)量由SJ 的2.55、9.54 mmol·g?1分別下降到1.69、8.82 mmol·g?1，但1%L?SJ 的CEC 卻增加到114.28 cmol·kg?1，這一結(jié)果說明漆酶負(fù)載提高了復(fù)合材料的電性吸附能力，但掩蓋了部分黃麻表面的負(fù)電荷吸附點(diǎn)位，說明增加的負(fù)電荷點(diǎn)位來源于負(fù)載的漆酶，這一點(diǎn)也證實(shí)了漆酶對(duì)黃麻電性吸附的增強(qiáng)作用。這與由于漆酶覆蓋使得L?SJ 表面更為光滑的電鏡結(jié)果相一致，也與紅外光譜相關(guān)基團(tuán)峰值的移動(dòng)相呼應(yīng)，同時(shí)也被1%L（D）?SJ對(duì)MB去除高于SJ的結(jié)果所支持。上述兩方面的綜合作用使漆酶的負(fù)載增強(qiáng)了黃麻去除MB 的能力。1%L?SJ 對(duì)MB 去除的增強(qiáng)效應(yīng)低于1%L（F）對(duì)MB 的酶解率，顯然這與漆酶的固定化降低了酶的活性有關(guān)[16]。

適宜的漆酶給酶量可以提高M(jìn)B 的去除率。孟慶輝[25]認(rèn)為，漆酶負(fù)載過程中，漆酶稀釋倍數(shù)降低，漆酶單個(gè)分子所占空間相對(duì)減少，其與底物的親和力相對(duì)降低，相對(duì)的漆酶活性會(huì)減弱，即漆酶負(fù)載過高會(huì)導(dǎo)致漆酶過度擁擠或團(tuán)聚，這可能會(huì)對(duì)酶的活性位點(diǎn)產(chǎn)生空間位阻[26]。而當(dāng)稀釋倍數(shù)較大時(shí)，漆酶濃度過低而無法保證載體的有效吸附，因此隨漆酶給酶量的增加，對(duì)MB的去除呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

SJ 和L?SJ 對(duì)MB 的去除呈現(xiàn)增溫負(fù)效應(yīng)，說明MB 的去除主要為物理吸附過程，這與前述黃麻及漆酶負(fù)載黃麻對(duì)MB 的表面吸附、靜電引力、氫鍵以及π?π 鍵多種作用吸附方式相一致，進(jìn)一步證實(shí)了L?SJ對(duì)MB的去除是以黃麻的吸附作用為主。

MB 在供試pH 范圍內(nèi)主要以陽(yáng)離子形式存在[27]，因此溶液pH主要影響SJ（pHPZC=4.65[1]）的表面電荷類型和數(shù)量。當(dāng)溶液pHpHPZC時(shí)，SJ 表面帶凈負(fù)電荷[5]，因此隨著pH 的升高，SJ 對(duì)陽(yáng)離子型MB 的吸附增加，這一點(diǎn)佐證了MB 靜電引力的吸附機(jī)制[5]。有研究表明，游離漆酶在pH 5 時(shí)具有最大活性，在pH>7 時(shí)，漆酶失活[28]。本實(shí)驗(yàn)中，復(fù)合材料在pH>5 時(shí)，MB 去除率仍高于SJ，證實(shí)漆酶仍具有一定酶解活性，這可能是因?yàn)椴牧媳砻孀銐虻碾姾擅芏雀淖兞嗣傅奈h(huán)境[29]。

離子強(qiáng)度主要通過降低MB 活度系數(shù)、降低K+與MB+的競(jìng)爭(zhēng)吸附來影響SJ、L?SJ 對(duì)MB 的去除[30]，這同樣佐證了SJ、L?SJ 對(duì)MB 的靜電吸附機(jī)制。但由于固定化后漆酶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)，對(duì)鹽濃度敏感性降低[31]，在一定程度上抑制了共存離子的競(jìng)爭(zhēng)性對(duì)黃麻通過靜電引力對(duì)MB吸附的影響，因此降低了L?SJ對(duì)離子強(qiáng)度的敏感性。

進(jìn)一步對(duì)比國(guó)內(nèi)外不同吸附材料，如黃麻棒粉末[1]、磁性有序介孔炭[7]、碳納米管[8]、β?環(huán)糊精聚合物[9]、纖維素/氧化石墨烯復(fù)合微球[10]等材料對(duì)MB 的最大吸附量分別能達(dá)到118.46、1112.99、370.82、353.59、884.39 mmol·kg?1，本研究制備的1%L?SJ 對(duì)MB 具有良好的去除能力。同時(shí)漆酶?黃麻復(fù)合材料又具備處理工藝簡(jiǎn)便，易于回收、重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，因此具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

（1）漆酶負(fù)載有效增強(qiáng)了黃麻對(duì)MB 的去除量和去除率。隨漆酶給酶量的增加，MB 去除量大小順序?yàn)?%L?SJ>5%L?SJ>0.5%L?SJ>0.1%L?SJ>SJ，呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律；5 種材料對(duì)MB 的去除均符合Sips 吸附等溫模型，其中1%L?SJ 具有最高的擬合吸附量和去除率；5 種材料對(duì)MB 的去除均為自發(fā)過程，溫度和離子強(qiáng)度的升高及pH 的降低均不利于MB 去除；1%L?SJ經(jīng)再生4次后仍保持76.66%的去除率。

（2）漆酶?黃麻復(fù)合材料對(duì)MB 的去除機(jī)制是黃麻吸附與漆酶酶解的共同作用，其中黃麻吸附是主要的形式，貢獻(xiàn)率為91.12%，漆酶的輔助作用貢獻(xiàn)率為8.88%。黃麻吸附機(jī)制主要為靜電相互作用和氫鍵作用，漆酶主要通過酶解和改變黃麻結(jié)構(gòu)的方式增強(qiáng)對(duì)MB的去除。