BÁO CÁO TIỂU LUẬN Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất ứng dụng trong xử lý chất thải

HỒ CHÍ MINHMÔN HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ---BÁO CÁO TIỂU LUẬN “ Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất ứng dụng trong xử lý chất thải” Giảng viên : TS...  - Nhiều nghiên cứu đã chứng

VIỆN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH

MÔN HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

-BÁO CÁO TIỂU LUẬN

“ Phản ứng oxy hóa khử sinh học, bản chất

ứng dụng trong xử lý chất thải”

Giảng viên : TS MAI TUẤN ANH

Học viên : Lê Thị Trúc Phương

Đào Thanh Tùng Nguyễn Thị Mai Trúc

Tháng 06 năm 2011

ĐẶT VẤN ĐỀ

 - Các phương pháp xử lý hoá học và sinh học thông thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thiết để loại bỏ các chất ô nhiễm.

 - Do đó, cần phải triển khai những phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn và với những dụng cụ đơn giản hơn so với những hệ thống xử lý hiện hành.

 - Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được enzyme có nhiều khả năng và triển vọng giải quyết vấn đề nêu trên trong giám định và xử lý ô nhiễm môi trường.

 - Hầu hết những quy trình xử lý rác thải đều sử dụng một trong hai phương pháp hoá lý hoặc sinh học hoặc kết hợp.

 - Phương pháp xử lý bằng enzyme là trung gian giữa hai phương pháp truyền thống, nó bao gồm các quy trình hoá học trên cơ sở hoạt động của các chất xúc tác có bản chất sinh học

+ Cách gọi tên emzym

+ Phân loại enzym

Phân loại theo bản chất hoá học

Phân loại theo cơ chế xúc tác của

enzym

Tổng quan về phản ứng oxy

hóa khử sinh học

- Nguồn năng lượng cần thiết do cơ thể sinh vật thu được từ ánh sáng mặt trời

vật thu được từ ánh sáng mặt trời

- Năng lượng mặt trời được tàng trữ trong các liên kết hóa học của hợp chất hữu cơ

do thực vật tạo nên từ CO2 và H2O trong quá trình quang hợp

- Năng lượng mặt trời chuyển thành năng lượng hóa học, nước bị phân giải thành hydro và oxy

- Oxy được thải vào không khí, còn hydro liên

hữu cơ của thực vật

-

- Cơ thể sinh vật “đốt cháy” các sản phẩm

dinh dưỡng chất hữu cơ bằng oxy, và chuyển hóa chúng thành CO2 và H2O đồng thời sử

dụng năng lượng được giải phóng ra để đáp ứng các nhu cầu hoạt động sống

Tổng quan (tt)

Tổng quan (tt)

Như vậy: Những phản ứng phân hủy (biến đổi dị hóa) này có kèm theo giải phóng năng lượng được tiến hành trong tế bào sống với sự tham gia của những hệ enzyme đặc biệt chính là quá trình oxy hóa khử sinh học

hóa khử sinh học

Tổng quan về enzym

Cách gọi tên enzym

Cách gọi tên enzym

Năm 1898 Duy-cơ-lô đã đề ra qui tắc gọi enzym theo tên La tinh của cơ chất hoặc của phản ứng sau khi thêm vĩ ngữ "ase" vào gốc chữ

Phân loại enzym

Phân loại enzym

Phân loại theo bản chất hoá học: dựa vào bản chất hoá học người ta chia enzym ra làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp enzym phức tạp

Lớp enzym đơn giản

Lớp enzym đơn giản :

- Có thành phần thuần tuý là acid amin.

- Và tính xúc tác sinh học của chúng được qui định bởi cấu trúc của phân tử protein

Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease

- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một enzim phức tạp, trong phân tử có 2 phần: phần protein và phần nhóm ghép không phải bản chất protein.

Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym

Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym : Tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một bảng phân loại mới, trong đó enzym được chia ra làm 6 lớp

- Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên sinh học)

- Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)

- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không theo con đường thuỷ phân)

- Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng hợp chất)

- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)

- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng phân hoá)

cơ chế hoạt hóa Enzym

cơ chế hoạt hóa Enzym

Trong cơ thể enzym được sản sinh ở các cơ quan hay các tuyến Những enzym này ban đầu thường ở dạng chưa hoạt động gọi là chuẩn enzym (proferenzyme) muốn hoạt động được enzym phải nhờ chất hoạt hoá

Có 3 kiểu hoạt hoá:

- Các ion kim loại hoá trị 2 tham gia vào cấu tạo trung tâm hoạt động để vận chuyển điện tử

hoặc làm cầu nối để gắn cơ chất vào enzym

- Cắt một đoạn enzym tạo trung tâm hoạt động của enzym

động của enzym

- Cơ chế ức chế của enzym: là quá trình

trung tâm hoạt động bị phong bế

trung tâm hoạt động bị phong bế

- Hiện tượng ức chế của enzym là hiện tượng rất phổ biến trong đời sống sinh vật, 90% ngộ độc là do enzym bị ức chế

- Những chất thường gây ra hiện tượng

ức chế enzym là kim loại nặng, hợp chất hữu cơ và vô cơ

Cơ chế ức chế của enzym

Tính đặc hiệu của enzym

Tính đặc hiệu của enzym

- Đa số các enzym có tính chọn lọc đối tượng tác động một cách rõ rệt, mỗi một enzym chỉ tác động lên một cơ chất, một kiểu phản ứng hoặc một loại phản ứng,

có nghĩa là tác dụng của enzym có tính đặc hiệu Hiện tượng này có liên quan đến cấu trúc phân tử và trung tâm hoạt động của enzym

Có 4 kiểu đặc hiệu của enzym:

- Đặc hiệu tuyệt đối

- Đặc hiệu tương đối

- Đặc hiệu theo kiểu phản ứng

- Đặc hiệu theo kiểu hình học không gian

Điều kiện hoạt động của enzym

Điều kiện hoạt động của enzym

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Ở nhiệt độ cao (> 70 - 800C) enzym bị tê liệt và phá huỷ do rối loạn về cấu trúc phân tử bậc 2, 3 làm hỏng trung tâm hoạt động được tạo nên từ các acid quan trọng và nhóm ghép

- Những nhiệt độ quá thấp (gần hoặc dưới

00C) hoạt động của enzym yếu dần và hầu như dừng hẳn lại nhưng enzym không bị phá huỷ

- Ảnh hưởng của pH: mỗi enzym có vùng

pH hoạt động tốt nhất riêng cho mình

- Sở dĩ như vậy là vì enzym có nguồn gốc protein nên khi pH thay đổi sẽ ảnh hưởng tới độ phân ly các nhóm chức cấu trao nên trung tâm hoạt động của enzym như OH, SH

Ảnh hưởng của nồng độ enzym và cơ chất

- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: nếu nồng độ đó thấp thì tốc độ enzym xúc tác chậm dần, nhưng nếu nâng nồng độ lên mãi thì đến một lúc tốc độ xúc tác thôi không tăng vì nó đã đạt được tối đa (Vmax) lúc này phản ứng lập hợp chất trung gian (ES) và giải phóng sản phẩm (ES → E + P) tiến hành nhanh nhất

- Ảnh hưởng của nồng độ enzym: trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzym:

V=k [E]

- Trong đó:

V là tốc độ phản ứng,[E] là nồng độ enzym

Ứng dụng của enzym

trong bảo vệ môi trường

ra, catalase còn có thể phân huỷ formaldehyde, formic acid và alcohol

- Các chất nêu trên là những chất độc hại với môi trường, được thải ra trong nước thải của các nhà máy: chế biến sữa, pho mát hoặc các nhà máy dệt, sợi

- Catalase vi khuẩn có tác dụng tích cực trong việc phá hủy chúng

trong việc phá hủy chúng

Ví dụ: Peroxidase củ cải ngựa (Horseradish

peroxidase-HRP), tác động như catalase

peroxidase-HRP), tác động như catalase

- HRP đặc biệt phù hợp với xử lý nước thải bởi nó

giữ nguyên hoạt tính ở phạm vi rộng pH và nhiệt độ.

- HRP có khả năng làm kết tủa nhiều chất thải khó

loại bỏ cùng với nhiều hợp chất dễ loại bỏ hơn bằng cách hình thành các polimer phức tạp có tính chất tương tự như các sản phẩm polimer của các hợp chất dễ loại bỏ.

chất dễ loại bỏ

Các oxidase thuộc các phân lớp oxidase EC.1.1

Các oxidase thuộc các phân lớp oxidase EC.1.1

- oxidase (EC 1.1.3.24) có ý nghĩa đối với việc xử lý

ô nhiễm môi trường

Ví dụ: L-galactonolactone oxidase từ nấm men Candida norvegensis có thể được dùng để biến galactose từ quá trình thuỷ phân lactose trong dịch sữa chua thành axit L-ascorbic Enzyme này đã được thử nghiệm xử lý nước thải của nhà máy chế biến sữa

Enzyme tham gia vào quá trình khử độc các kim loại nặng.

Khử ô nhiễm arsen: enzyme là chuyển

hoá Arsenite (hoá trị III) rất độc thành Arsenat (hoá trị V) ít độc hơn, hoặc chuyển hoá Arsen dạng vô cơ sang dạng hữu cơ

Ví dụ: enzyme Arsenate reductase (còn gọi

là arsenite oxidase) từ chủng Alcaligenes faecalis, xúc tác cho phản ứng chuyển hoá Arsenite (hoá trị III) rất độc thành Arsenate (hoá trị V) ít độc hơn

Enzyme tham gia vào xử lý các chất có hoạt tính

Enzyme xử lý chất thải xyanua,

Cyanide hydratase

Cyanide hydratase

+ Cyanide hydratase, hoặc formamide hydro-lyase là một enzyme có khả năng chuyển hoá cyanide trong nước thải công nghiệp thành amoniac và formate thông qua một bước phản ứng

 Cyanide hydratase được phân lập từ một vài loại nấm và được tạo ra từ nấm khi nồng độ xyanua thấp Khi được cố định, tính bền của Cyanide hydratase tăng lên nhiều và enzyme từ Gloeocercospora sprrghi bền vững hơn từ Stemphylium loti [41] Cyanide hydratase từ nấm thích hợp để xử lý các chất thải công nghiệp chứa xyanua

KẾT LUẬN

 Các chất độc hại trong môi trường thường

là các chất hữu cơ có vòng thơm như các hợp chất phenol, các amin v.ng, hoặc các chất hữu cơ phospho Để đạt được mục đích xử lý môi trường, cần phải phá hủy hoặc loại bỏ các chất độc hại nêu trên Việc

sử dụng các enzym xúc tác phản ứng oxy hóa - khử có vai trò tích cực trong việc này.

 Tóm lại, việc sử dụng enzym trong xử lý phế thải có một tương lai đầy hứa hẹn Đây là một trong những hướng nghiên cứu ứng dụng để sử dụng có hiệu quả enzyme trong công nghệ xử lý phế thải sinh hoạt ở nước ta hiện nay

XIN CẢM ƠN!