試論磁性固定化技術在環境工程領域的研究和應用進展

何莉 孫林溪 廖志強 黃永輝 談濤??

摘要：近年來，環境污染問題日益嚴重，亟需開發一些新的環境治理技術。新興的磁性固定化技術由于成本低、效率高等優點在大氣治理、廢水治理、環境檢測等方面得到了廣泛應用。本文闡述了磁性固定化技術在環境工程領域的應用，并剖析了它的發展前景。

關鍵詞：磁性固定化技術；環境工程；研究和應用

磁性固定化技術因為其特別的磁學特性，將高分子材料與其組合在一起，對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。因為它的這個特性，在我國的環境工程上擁有巨大的發展空間，在廢水、廢氣處理以及環境監測領域廣泛應用。

1 磁性載體的固化方式

1.1 共價法

[JP2]在分子或基團之間形成共價鍵，由于共價鍵非常牢固，共價鍵一旦形成，就意味著這兩個分子或基團將密不可分，變得相當穩定，這就能夠在一定程度上減少酶脫落的現象出現。但是這種方法缺點也很明顯，比如使載體活化、繁復的固化過程等，而且在構建共價鍵時還需要嚴格的環境要求，因此，只有滿足反應條件并嚴格監控反應進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，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

這種方法要求的環境與其他的方法都有很大的不同，格子結構或者聚合物材料的微囊是其固定發生的環境。雖然環境比較特殊，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有少許底物在該環境中與酶接觸。這種方法實現了酶分子的包埋，不會降低酶分子的生物活性，不過是用于較小的底物，不適合用于相對大

2 磁性固定化技術的應用

2.1 廢氣處理

磁性固定化技術的固化實驗反應速度很快，在高密度的反應物中仍有較高的速度，而且在反應結束后，產物容易分離。因為具有這些特點，磁性固化技術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驗中得到了理想的實驗成果，實驗中嘗試降解氧化亞硫酸鐵，結果表明實驗中氧化亞硫酸鐵的殘余量不到實驗剛開始的百分之三，這在實際應用中應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，并對硫化氫等有害氣體進行了凈化實驗。實驗結果表明，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，以此來達到處理廚房中油煙廢氣的目的。在實驗中，當氣體流速在8L/h以下，油煙濃度低于100mg/L，反應器皿的容積負荷在2.5～19.0g/m3h范圍之間，油煙在反應器中停留的時長在三十秒以上時，該反應器能夠在短時間內分解廢氣中百分之九十五以上的油煙氣體，反應效率很高，對油煙廢氣的處理結果十分理想。

2.2 環境檢測

現在的醫學與生物學中，免疫磁性分離技術早已投入使用，并漸漸趨于成熟。隨著該技術的不斷發展，在環境檢測中也能起到很好的作用。免疫磁分離技術可以把目標微生物從樣品中分離出來，如果將多聚酶鏈式反應以及熒光免疫分析等技術在環境檢測過程中有機的組合在一起，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，在對廢水中的大腸桿菌濃度檢測中，通過免疫磁性分離技術及其他技術組合來進行實驗，這可以使反應時間大大縮短[3]。一些科研人員[4]在分離金屬離子時，使用了磁性納米微生物球，并對磁性納米微生物球的表面做了改性處理，實驗結果表明，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到百分之九十甚至更高。因此若將該技術正式投入使用，就能極大地提高環境檢測的效率。

2.3 廢水處理

目前我國的水污染尤其嚴重，部分大江大河的難以達標，對廢水進行處理刻不容緩。隨著廢水處理技術的發展，磁性固化技術逐漸進入了科研人員的視野。比如將細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物時，能夠在很大程度上提高分解效率。廢水處理時并且能將微生物與載體分離，從而對廢水中的微生物進行處理。如果對磁性載體做一些特殊處理，可以提高載體承載的微生物數量，在一定程度上提高的廢水處理效益。

3 磁性固化技術的發展前景

由上文可以看出磁性固化技術在性能方面具有非常大的優勢并且還有非常大的技術開發空間。雖然在環境工程這個領域磁性固化技術的應用才剛剛起步，但已經取得了良好的使用效果。正因為如此，加大該技術在環境工程方面的科研力度，擴大該技術的適用范圍，是以后的發展方向。但目前該技術仍在存在的一些缺點，比如在磁性納米球的制備方面，不同結構的納米球機理性能不同，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環境較苛刻、固化酶性質多變等問題，需要盡量的進行改良；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 結語

人們的社會在飛速發展，相應的科技也在飛速進步，在環境工程方面，隨著磁性納米技術的應用，通過共價法、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，對酶或者微生物進行最后的工藝處理，這在處理廢水、廢氣以及環境檢測方面取得了很好的實際效果。在未來，通過對該技術的深入研究和應用，會在環境工程領域取得更大的成就。

參考文獻：

[1]方明，汪泠，徐偉.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，2015，12（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.

[3]周瑾，周作明，荊國華.磁性固定化技術在環境工程領域的研究和應用進展[J].化工進展，2011，30（05）：11061111.

[4]畢生雷，張成明，李十中，劉鉞，杜風光.固定化技術在生物能源及環境工程領域的研究和應用進展[J]. 釀酒科技，2015，（01）：102105.