黄曲霉毒素B1(AFB1)是一种对人和动物具有严重潜在危害的微量有机污染物,如何实现对其高效绿色去除是目前的研究热点。酶作为一种高效专一的生物催化剂已被广泛应用在微量有机污染物去除领域,但是由于其存在稳定性差、难以重复使用等缺点限制了其在工业上的应用。酶固定化有望解决以上问题,但同时也会降低酶的催化效率。针对以上问题,本论文重点研究了多功能酶固定化介质的制备,并分别利用介质的吸附和分离功能耦合固定化酶的催化功能,强化其对AFB1的去除。该研究所取得的成果主要包括以下三部分内容:受儿茶酚胺化学的启发,研究了单宁酸-3-氨基丙基三乙氧基硅烷(TA-APTES)涂层技术用于载体活化以及酶固定化的普适性。研究表明,与戊二醛、京尼平、聚多巴胺活化策略相比,TA-APTES涂层上由于具有多层次纳米结构和丰富的醌基导致其具有更优异的酶固定化性能。在TA-APTES涂层上二次接枝γ-聚谷氨酸后会进一步增加载酶量(3.5-4.5倍)。TA/APTES的比例和涂层时间均能影响酶的载量和比活力。当TA/APTES体积比为8:1和涂层时间为18 h时,涂层表现出最高的载酶量和比活性。TA-APTES涂层可活化各种基材(聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚丙烯腈、尼龙膜、聚酯无纺布和不锈钢丝网),并通过共价键合固定不同种类的酶(辣根过氧化物酶(HRP)、脂肪酶、胃蛋白酶、漆酶和蔗糖酶),固定HRP的尼龙膜还可以用于多种微量有机污染物(双酚A、2,4,6-三氯苯酚、AFB1、呕吐毒素和四环素)的去除,证明了该涂层的普适性。AFB1易吸附在聚酰胺纳滤膜上并通过溶解扩散作用透过膜,导致其截留率不断下降。为了解决这一问题,我们将HRP共价固定在TA-APTES涂层修饰的NF270纳滤膜上,制备同时具有分离和催化功能的多功能膜。研究结果表明,该多功能膜由于涂层的阻隔效应(减少吸附)和缩孔效应(增加扩散阻力),使其对AFB1的截留率从75%上升至90%以上。H2O2的存在会启动酶促降解AFB1反应,进一步改善多功能膜对AFB1的去除效率。采用H2O2对污染后的多功能膜进行离线清洗后,其纯水通量可恢复至初始值的98.7%。为了探究固定化酶去除AFB1过程中可能存在的吸附-催化协同作用机制,分别制备了海藻酸/壳聚糖(SA/CS)微球和海藻酸/壳聚糖/蒙脱土(SA/CS/MON)杂化微球用于HRP的固定化。实验结果表明,与通过包埋和吸附交联的酶固定方法相比,通过共价键合法固定在微球表面的HRP具有更高的比活力和AFB1去除效率。荷负电的蒙脱土不仅能吸附大量的AFB1,还能在微球表面吸附更多的CS,为酶的固定化和交联提供更多的活性位点,从而使SA/CS/MON杂化微球具有更好的抗溶胀性能、更高的AFB1吸附容量(0.36 vs.4.5μg/g)和载酶量(1.07 vs.1.25 mg/g)。尽管SA/CS/MON-HRP多功能微球对AFB1的强吸附能力并不能促进固定化酶的催化效率(三种可能的原因:底物抑制、产物吸附和降低主体溶液浓度),但其固定化酶的重复使用稳定性提高,其催化去除AFB1的能力随重复使用次数的增加而增加。这是因为随着微球的吸附饱和,主体溶液中的底物浓度会上升,从而提高了微球表面固定化酶的催化效率。由于微球中的吸附剂和表面的催化剂都可以设计甚至控制它们的空间分布,因此该多功能酶固定化介质在AFB1去除上具有极大的应用潜力。