基于聚多巴胺包覆锯末固定化芜菁过氧化物酶的可持续生物催化剂用于纺织染料废水处理

本研究针对纺织染料废水污染问题，创新性地利用聚多巴胺（PDA）包覆锯末（SD）作为载体，通过共价结合固定化芜菁过氧化物酶（TP），开发了一种高效、可重复使用的生物催化剂TP@PDA/SD。该催化剂在pH和温度稳定性上显著优于游离酶，可连续25次循环使用，对快绿FCF和结晶紫的脱色率分别达72%和88%。研究成果为工业染料废水的绿色处理提供了低成本、可持续的解决方案，发表于《Bioresource Technology Reports》。

　　

纺织工业排放的合成染料废水是全球性环境挑战，每年约产生7×10⁷吨染料，其中三苯甲烷类染料（如结晶紫CV和快绿FCF）因毒性和难降解性尤为突出。传统物理化学处理方法成本高且易产生二次污染，而游离酶（如过氧化物酶）存在稳定性差、难以回收等问题。针对这一瓶颈，研究人员开发了基于农业废弃物锯末（SD）的固定化酶技术，通过仿生材料聚多巴胺（PDA）的黏附特性构建多功能载体，实现了酶催化与吸附的协同增效。

研究团队从芜菁（Brassica rapa）根部纯化出分子量约35 kDa的TP，采用疏水层析（Phenyl Sepharose CL-4B）和亲和层析（Con-A Sepharose）获得比活性203.6 U/mg的高纯度酶。通过多巴胺自聚合在锯末表面形成PDA涂层，利用其邻苯二酚基团与酶氨基酸残基的希夫碱/Michael加成反应实现共价固定。关键技术包括：ATR-FTIR表征材料表面化学基团、Lineweaver-Burk动力学分析、UV-Vis监测脱色效率（λ_max=575/637 nm）以及25次循环稳定性测试。

3.1 TP纯化与表征
通过两步层析获得单一条带TP，SDS-PAGE显示其分子量与文献报道的植物过氧化物酶（30-60 kDa）一致，为后续固定化提供均一酶源。

3.2 PDA/SD载体构建
FTIR证实PDA成功包覆锯末，在1610 cm^-1（C=C）和1250 cm^-1（儿茶酚羟基）出现特征峰，为酶固定提供活性位点。固定化效率达32%，酰胺I带（1650 cm^-1）验证酶负载。

3.3 催化性能优化
固定化使TP@PDA/SD在pH 6时活性保留率（68%）较游离酶（36%）提升近1倍；45℃下活性保持70%，显著优于游离酶（37%）。动力学显示固定化对ABTS的K_m（0.80 mM）较游离酶（0.30 mM）增大，提示载体微环境影响底物扩散。

3.4 重复使用性
ABTS催化25次循环后残留活性45%，优于同类研究（如壳聚糖固定TP6次循环后38%）。脱色实验中，首轮CV脱色88%后，第五轮仍保持55%效率，归因于PDA/SD对阳离子染料（CV）的持续吸附-解吸平衡。

3.5 协同脱色机制
PDA/SD单独吸附去除60%染料，而TP@PDA/SD+H₂O₂体系通过N-脱甲基/脱羧基氧化将FG和CV降解至残留12-28%，证实吸附-催化协同效应。电荷作用显著：带负电的FG（磺酸基）与质子化PDA静电结合导致快速饱和，而CV通过π-π作用更易脱附。

该研究将木材加工废料转化为高附加值生物催化剂，突破传统酶固定化依赖昂贵载体的局限。PDA涂层赋予载体pH缓冲能力和热稳定性，使TP@PDA/SD适用于高温工业废水（如印染厂排放液）处理。未来需验证其对实际复合染料废水的广谱降解能力，并优化载体再生工艺以降低吸附饱和的影响。成果为循环经济理念下的环境修复技术开发提供新范式，兼具生态效益与工程应用潜力。