磁性固化技術在環境工程領域中的應用

巨寶慶

摘要：指出了鑒于磁性固化技術自身獨有的特點以及優勢，在目前的環境工程中已然被廣泛應用。主要對磁性固化技術種類進行了簡要介紹，分析了在當前環境工程領域中磁性固化技術的應用，從而對磁性固話技術的優勢進行了探討。

關鍵詞：環境工程；磁性固化；固化方式

中圖分類號：X505

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0060-02

1 引言

就磁性固化技術的本質而言是通過利用化學及物理方法對酶亦或微生物進行定位，使其成為磁性固化的載體，等到固化反應完成之后再對外部磁場進行利用，使分離處理的措施得以完成。與此同時還需要使微生物以及酶的活性得以保持，進而實現進行多次固化的目的。由此可見，其具有較為廣泛的應用前景。

2 對磁性載體進行固化的方式

在磁性固化過程中，最為常用的載體便是磁性納米球，對其進行固化的方式大體有4種。

2.1 吸附法

對物理吸附方法進行利用，在多孔玻璃或瓊脂糖等載體上實現對酶的固定。相對溫和的固定條件以及較為簡單的工藝是其最為顯著地特點。與此同時，較多物質皆可以被其選作為載體，例如：天然的高分子材料或是人工合成的高分子材料，在吸附過程中可以使載體進一步得到固定化與純化，且可以有效活化原本失活的酶，進而實現應用載體的再生。

2.2 共價法

通過形成共價鍵在基團以及分子的功能之間使兩者粘合更為緊密且牢靠，進而獲得極高的穩定性，并且在應用過程中使酶脫落的情況得到一定程度的減少。但就該方法而言，其亦存在較為明顯的缺點，例如復雜的固化以及載體活化的過程等。與此同時需要激烈的反應環境，由此可見要獲取有較好活力的固定化酶需要嚴格地控制其反應的條件。

2.3 包埋法

其固定的環境較為特殊，大多數在聚合物材料的微囊或格子結構中進行，但此方法對預防酶蛋白的釋放能夠起到較為良好的作用，在操作中有所不足的是仍然有些許底物在微囊或格子中落入，進而和酶發生接觸。簡易的操作是該方法的最大優點，其對酶分子進行了包埋，并不會對生物的活性造成影響，但對于分子較大的底物而言，該方法并不適用。

2.4 交聯法

通過應用試劑建立蛋白酶之間的交聯，形成更多的共價鍵在酶分子和多功能試劑之間，最終實現三向交聯網結構的形成，酶分子在存在外交聯的同時存在著內交聯。實際操作中所添加材料的差異會將不同的物理性質呈現于其所產生的固體酶上[1]。

3 磁性固化技術于當前環境工程中的應用

3.1 對環境進行檢測

在當前階段的生物學以及醫學中，已對免疫磁性分離技術進行了普遍的應用，隨著技術發展的日趨成熟，其已實現在環境檢測中進行應用。免疫磁分離技術可以實現目標微生物從樣品中的有效分離，倘若在檢驗過程中結合多聚酶鏈式反應等方法以及熒光免疫分析，則可以使極限檢測以及分離效率得到有效的提升。對廢水中大腸桿菌含量進行檢測的過程中，在運用免疫磁性分離技術的基礎上融入三磷酸腺苷，則可以使檢測精度得到有效地提高，根據實驗的結果顯示，整個檢測環節時間甚至不用1h的時間，由此可見該方法的應用使過程更為快速并且效果更為明顯。部分學者在對金屬離子分離的過程進行研究時，通過對一種磁性納米微生物球進行利用，該微生物球的表面被進行了改性操作，根據實驗的結果顯示，在pH值為4且濃度為10 ng/mL的溶液中，能夠實現Cu、Co、Pb等離子的提出，且依據于一定的順序，與此同時，該方法甚至可以達到90%以上的提取效率，進而為實際操作帶來了極大的便利[2]。

3.2 對廢氣進行處理

極高的密度、較快的反應速度、相對更強的抗毒性以及更易對產物進行分離的操作等，皆是磁性固定化技術所具備的優點，因此目前已實現在廢氣治理領域的廣泛利用。研究人員在進行固化試驗時利用了海藻酸鈉，此方法有著相對不錯的應用效果，其成功的對97%的氧化亞硫酸鐵實現了降解，因此研究人員對海藻酸鈣進行固化，使其成為固定微生物顆粒，進而實現凈化硫化氫等廢氣的目的。據試驗結果可見，具有良好的硫化氫排除效果，其排除了內部90%以上的硫化氫。與此同時，還有研究人員利用活性炭，吸附假單胞菌，進而實現降解油煙廢氣的目的，實驗結果表明，當氣流的速度不高于8 L/h，且油煙的濃度低于100 mg/L，以及2.5～19.0 g/（m3·h）容積負荷等條件實現的基礎上，如若油煙滯留的時間大于30 s，該設備能夠降解95%以上的油煙，與同類裝置相比其優勢極為明顯。除了更為顯著的油煙處理效果，該設備還擁有較強的抗沖擊能力，進而使其應用的合理性得到了一定程度地保障。

3.3 對廢水進行處理

在對污水進行處理過程中，較多的學者巧妙的結合了固化技術與磁性技術，在該方法中磁性物質被其作為固化酶以及微生物的載體，依據在磁性物質自身具有的磁場以及能夠實現高效分離的特點，進一步處理微生物以及污水，使傳統廢水處理中無法處理微生物的缺陷得到一定程度的彌補，從而實現處理廢水新途徑的有效探索。在磁性納米球進行一定的處理之后可以實現功能基團的攜帶，如此一來使載體對微生物的固載量得到了一定程度的提高。與此同時，磁性載體附著固定微生物，可以有效的提高其處理廢水的效率以及速度。

4 磁性固化技術的優勢

在處理污水的過程中進行磁處理可以有效發揮其自身的優勢，在外磁場存在的情況下能夠發生較強的磁響應，進而使載體分離使反應體系的操作更為簡單，實現良好的處理效果。部分學者將辣根過氧化物酶固定于磁性微球，在對酶進行固定時可以實現3.35 mg/g的酶最大固載量，在實驗過程中可以用其處理廢水的成分，根據實驗測量顯示，游離酶的動力學參數Km達到224μmol/L，而固定化酶的動力學參數Vmax則達到了371μmol/L。與此同時，一些許學者在處理奶廠產生的廢水時應用了磁活性污泥，從而對廢水中的氨氮與有機物進行處理，據試驗結果表明，分別可以有效處理其中98%和92%的氨氮與有機物含量，隨著當前科技的不斷發展，其處理率仍然呈現著不斷提高的態勢[3]。還有一些學者較為深入的研究了介孔包覆于功能化硅的磁性載體，對細菌進行固定時的效果，其分析的因素主要依據于pH值、處理時間以及處理溫度等。

與此同時需將其他載體固菌的效果與自身的結果進行對比。從實驗結果中不難看出，在處于30 ℃的環境中，保持搖床200 r/min的振動速度，24 h培養固菌可以得到最佳的效果，在當前階段的城市污水處理過程中，應用固菌后的載體，對廢水進行24 h的處理，pH值為7以及0.5 g的投入量是該方法進行的最佳環境，當符合當前條件時，可以去除廢水中83%以上的COD含量，如若將再生載體用pH值為2的HCL溶液進行酸洗，而后運用于城市的污水處理過程中，仍然可以達到76%以上的處理效果。在磁場穩定流動床反應器中放入磁性載體固化酶，能夠使反應過程中的操作環節得到進一步的簡化，對當前規模化生產的要求進行滿足。與此同時還可以對外部磁場進行應用，進而有效控制磁性材料固定酶的運動方式與方向，進而實現對傳統機械攪拌方式的替代，間接地提高了固定化酶的催化效率。

5 結語

隨著人們更多地發現磁性固化技術的特點以及使用的優勢，其在多個領域中得到了較為廣泛地應用，且在當前階段，對該技術的應用已然越發成熟，但就環境工程領域而言，磁性固化技術的應用仍有待發展。由此可見，研究怎樣在環境工程領域中實現磁性固化技術應用的工作需要進一步的加強，從而使其應用范圍得到有效擴大，進而實現由實驗階段向應用階段的轉化，使我國環境得到進一步地改善。

參考文獻：

[1]方 明，汪 泠，徐 偉，等.磁性固定化技術在環境工程領域的研究和應用進展[J].科技創新導報，2015（32）：70，72.

[2]李美汐.磁性固定化技術在環境工程領域的研究和應用進展[J].化工管理，2016 （23）：293～293.

[3]李 珂，葛晶晶.膜生物反應技術在環境工程污水處理中的應用[J].低碳世界，2016（6）：25～26.