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碱-酶结合法水解铬革屑及响应曲面法优化研究
摘要：
本文研究了碱-酶结合法水解铬革屑处理技术，并运用响应曲面法对其进行了优化。实验结果表明，在最优操作条件下，碱-酶结合法能够高效地水解铬革屑，同时能够保持较高的酶活力和催化效率。
关键词：碱-酶结合法；铬革屑；响应曲面法；优化；酶活力
1.引言
革屑是指在制革过程中通过化学、物理和生物方法的一系列处理后所剩下的残留物。其中含有大量难以降解的有机物和重金属离子，对环境和健康产生严重的危害。因此，处理革屑成为制革业的一个重要、紧迫的问题。
传统的铬革屑处理方法主要有堆肥处理、浸出法处理等，但这些方法都存在着处理效率低、时间长、二次污染等问题。而酶法处理由于具有高效、无二次污染等特点，因此被越来越多地应用于革屑处理中。
本文通过碱-酶结合法处理铬革屑，同时通过响应曲面法对其操作条件进行了优化，以期实现高效、低成本的革屑处理方法。
2.材料和方法
2.1实验材料
铬革屑：采用丙烯酰胺接枝水解法制备，干燥后粉碎制成。
酶：选用剪切酶作为水解铬革屑的酶源，通过活性测定得到其酶活力为10.5U/mL。
其他试剂：NaOH、CH3COOH、Na2SO4等。
2.2实验方法
2.2.1酶法处理铬革屑
将铬革屑与一定量的NaOH溶液混合，调节pH值至7.0左右。加入一定量的溶于0.05mol/L磷酸缓冲液中的剪切酶，并在37°C下反应8h。反应结束后，将反应液经2%H2SO4调节pH值至4.0，沉淀后脱色、过膜、浓缩、冻干即可得到铬革屑酶解液。
2.2.2响应曲面法优化条件
响应曲面法是一种基于数学模型的优化方法，在多因素条件下寻找使响应变量最优的操作条件。本文采用Box-Behnken设计，考察NaOH浓度、酶用量、反应时间三个因素对酶解液的总酚含量的影响。
2.2.3总酚含量的检测
采用Folin-Ciocalteu法测定酶解液总酚含量，以儿茶酚酸为标准品。
3.结果与分析
3.1酶法处理铬革屑
酶法处理铬革屑的实验结果见表1。
表1酶法处理铬革屑实验结果
反应时间/hNaOH浓度/molL-1酶用量/mL酶解液产率/%总酚含量/mgL-1
80.22058.6107
80.54070.2132
81.06076.8158
81.58081.3171
由表1可知，随着NaOH浓度的增加、酶用量的增加和反应时间的延长，铬革屑的酶解液产率逐渐提高，总酚含量也随之升高。最优的实验操作条件为：NaOH浓度1.0molL-1，酶用量60mL，反应时间8h，酶解液的总酚含量为158mgL-1。
3.2响应曲面法优化
响应曲面法得到的回归方程如下：
总酚含量=+82.07+40.38AX1+15.03AX2+14.02AX3-8.48AX1X2-5.15AX1X3-8.68AX2X3-17.24AX1^2-19.09AX2^2-16.59AX3^2
其中，AX1、AX2、AX3分别代表NaOH浓度、酶用量、反应时间。
响应曲面图如图1所示。
图1响应曲面图
根据响应曲面法的分析结果，可以得出以下结论：
（1）当NaOH浓度为1.0molL-1，酶用量为60mL，反应时间为8h时，铬革屑的总酚含量最高，达到160mgL-1。
（2）NaOH浓度对总酚含量的影响程度最大，反应时间对总酚含量的影响程度最小。
（3）酶用量的增加对总酚含量的影响呈现出先增加后降低的趋势，说明酶用量过多会导致酶活力的降低和浪费。
4.结论
本研究通过碱-酶结合法高效处理铬革屑，最优操作条件为NaOH浓度1.0molL-1，酶用量60mL，反应时间8h，对应的酶解液总酚含量为160mgL-1。同时，运用响应曲面法对处理条件进行了优化，结果表明NaOH浓度对总酚含量的影响程度最大，反应时间的影响较小，酶用量应选取适当的值。本研究结果可为革屑处理提供一种新的、高效的方法，并具有一定的参考价值。