Ny biokatalytisk membran fjerner mikroforurenende stoffer på en effektiv og stabil måde

Mikroforurenende stoffer såsom hormonforstyrrende stoffer, pesticider og lægemidler har skadelige virkninger på folkesundheden og akvatiske økosystemer, selv på sporniveau. Biokatalytiske membraner udviser høj effektivitet til fjernelse af mikroforurenende stoffer på grund af integrationen af ​​enzymkatalyse og membranseparation.

At opnå langsigtet stabilitet og høj katalytisk effektivitet på samme tid er fortsat udfordrende i biokatalytisk membranfremstilling. Inspireret af den flydende mosaikmodel af cellemembranstrukturen, en forskergruppe ledet af prof. Wan Yinhua fra Institute of Process Engineering (IPE) ved det kinesiske videnskabsakademi har udarbejdet en ny biokatalytisk membran med høj enzymaktivitet og stabilitet til fjernelse af mikroforurenende stoffer. Undersøgelsen blev offentliggjort i Chemical Engineering Journal den 28. nov.

Forskerne indstillede membranens indeslutningsstyrke, derved regulerer mobiliteten af ​​det immobiliserede enzym via tredimensionel (3-D) modifikation af støttelaget af nanofiltreringsmembranen.

En muslingeinspireret belægning blev påført for at modificere hele støttelaget af nanofiltreringsmembranen (kaldet 3-D modifikation), og laccase blev efterfølgende non-kovalent begrænset i en modificeret nanofiltreringsmembran ved omvendt filtrering.

"Laccase kan stabiliseres i det 3-D modificerede støttelag af nanofiltreringsmembranen med en ensartet fordeling, høj enzymbelastning, og ultrahøj opbevaringsstabilitet. I øvrigt, den modificerede nanofiltreringsmembran er alsidig til forskellige enzymimmobiliseringer, " sagde prof. Wan.

Endnu bedre, denne muslinge-inspirerede 3-D modifikationsstrategi forbedrede indeslutningsstyrken af ​​membranen til enzym med en lille stigning i masseoverførselsmodstand for substrat og produkter, som effektivt forsinkede enzymlækagen og samtidig gav enzymet et mobilitetsniveau til effektiv katalyse.

Den forberedte biokatalytiske membran med optimeret indeslutningsstyrke udviste høj katalytisk aktivitet og langtidsstabilitet i syv genbrugscyklusser og 36 timers kontinuerlig drift til fjernelse af mikroforurenende stoffer.

Forskerne foreslog også en simpel protokol til at kvantificere mobiliteten af ​​det immobiliserede enzym, som præcist kunne afspejle indeslutningsstyrken af ​​de modificerede membraner, samt den katalytiske ydeevne af de biokatalytiske membraner.

I øvrigt, den modificerede membran kunne tjene som en enzymopbevaring og kontrollerbar anordning til vedvarende frigivelse til reaktion og dosering. "Dette arbejde tilbyder ikke kun en alsidig platform til at immobilisere forskellige enzymer og forberede overlegen biokatalytisk membran, " sagde professor Luo Jianquan fra IPE, "men giver også vejledning til at designe et optimalt indeslutningsmiljø for enzymer i membranen, lette potentielle anvendelser af den biokatalytiske membran i øget biokonvertering, medicin levering, og biosensorer i lille skala."