蛋白質(zhì)在礦質(zhì)顆粒物-水界面上的吸附行為.pdf

1、生態(tài)環(huán)境中蛋白質(zhì)在礦質(zhì)顆粒物/水界面的吸附作用是影響其濃度、遷移、轉(zhuǎn)化、歸宿、生物活性、生物可降解性乃至毒性的重要過程；另一方面，蛋白質(zhì)吸附又強(qiáng)烈地影響吸附劑表面的物理化學(xué)性質(zhì)。因此，系統(tǒng)開展蛋白質(zhì)在礦質(zhì)顆粒物/水界面上的研究具有重要的環(huán)境學(xué)和生態(tài)學(xué)意義。 本文使用化學(xué)方法模擬合成了環(huán)境中常見的幾種具有不同結(jié)構(gòu)的錳氧化物和鐵氧化物，以牛血清白蛋白(軟蛋白)和溶菌酶(硬蛋白)作為模型蛋白，系統(tǒng)研究了兩類性質(zhì)不同的蛋白質(zhì)在α-MnO

2、<,2>、δ-MnO<,2>、γ-MnOOH、α-FeO<,2>和α-FeOOH五種礦質(zhì)顆粒物表面的吸附行為及影響因素，并運(yùn)用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜技術(shù)(FTIR)和XRD技術(shù)對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了表征，以期為預(yù)測蛋白質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)間的遷移轉(zhuǎn)化行為及其所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供理論依據(jù)。所得主要結(jié)論如下： 1．用化學(xué)方法合成了五種礦質(zhì)顆粒物。自制α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>和γ-MnOOH三種錳礦對應(yīng)的衍射峰數(shù)據(jù)與各自的標(biāo)準(zhǔn)值相吻合

3、，但其結(jié)晶度較差。α-MnO<,2>顆粒呈針狀，BET比表面積為31.12 m<'3>/g；δ-MnO<,2>顆粒為準(zhǔn)球形，BET比表面積94.22 m<'2>/g；γ-MnOOH晶體呈針狀，BET比表面積36.34 m<'2>/g。制得的α-Fe<,2>O<,3>。與α-FeOOH兩種粒子的XRD峰窄而尖銳，結(jié)晶度較好。α-Fe<,2>O<,3>粒子呈球形，BET比表面積為19m<'2>/g；α-FeOOH呈紡錘形，BET比表面積為8

4、0m<'2>/g。 2．進(jìn)行了pH對BSA和LSZ在供試礦質(zhì)顆粒物(α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、Y-MnOOH、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH)表面吸附性能的影響實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，pH對這兩類蛋白質(zhì)在五種礦質(zhì)顆粒物表面的吸附性能有不同影響。 3．不同離子強(qiáng)度對BSA和LSZ在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、r-MnOOH、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH五種礦質(zhì)顆粒物表面的吸附影響

5、不同。增加NaCl濃度，可使BSA在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面，以及LSZ在α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率逐漸降低，卻導(dǎo)致LSZ在α-MnO<,2>和α-FeOOH這兩種礦質(zhì)顆粒物表面的吸附百分率增大。當(dāng)NaCl濃度為0.03mol/L時，BSA和LSA在γ-MnOOH表面吸附百分率增加，繼續(xù)增大NaCl濃度到0.2mol/L時，蛋白質(zhì)吸附量卻幾乎保持不變；LSZ在

6、δ-MnO<,2>表面的吸附變化情況與此相同。 不同類離子對BSA和LSZ在各種供試礦質(zhì)顆粒物表面的吸附有不同影響。Ca<'2+>和Mg<'2+>增大了BSA在各種礦質(zhì)顆粒物表面的吸附百分率，只使得BSA在Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率降低。Ca<'2+>和MgCl<'2+>同樣提高了LSZ在γ-MnOOH和α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附百分率，但是卻降低了LSZ在δ-MnO<,2>和α-FeOOH表面的蛋白吸附百

7、分率。Na<'+>、Ca<'2+>和Mg<'2+>三種不同價態(tài)的陽離子對LSZ在α-MnO<,2>表面的吸附百分率的影響相同。 4．脫附實(shí)驗(yàn)表明，除吸附態(tài)BSA容易從α-FeOOH表面脫附外，BSA和LSZ在各種供試礦質(zhì)顆粒物表面的吸附反應(yīng)均具有較高的不可逆性。 5.除LSZ在α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面的吸附等溫線呈C型外，BSA和LSZ在其它供試礦質(zhì)顆粒物表面的吸附等溫線均呈L型。 分別用L

8、angmuir和Frendlich方程對BSA和LSZ兩種蛋白質(zhì)的等溫吸附進(jìn)行擬合。結(jié)果表明，Langmuir方程能夠較好地?cái)M合BSA在α-MnO<,2>、δ-MnO<,2>、γ-MnOOH和α-Fe<,2>O<,3>表面的吸附情況；同時也能較好地?cái)M合LSZ在α-MnO<,2>和γ-MnOOH這兩種礦物表面的吸附：Frendlich方程對LSZ在α-Fe<,2>O<,3>和α-FeOOH表面的等溫吸附曲線有較好的擬合。 6．運(yùn)用