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대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers v.27 no.12, 2005년, pp.1263 - 1269  
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Horseradish Peroxidase가 고정화된 다공성 탄소 전극을 이용한 페놀의 전기화학적 분해
Electrochemical Degradation of Phenol by Using Reticulated Vitreous Carbon Immobilized Horseradish Peroxidase

조승희   (광주과학기술원 환경공학과UU0000201  ); 연경호   (광주과학기술원 환경공학과UU0000201  ); 김가영   (광주과학기술원 환경공학과UU0000201  ); 심준목   (광주과학기술원 환경공학과UU0000201  ); 문승현   (광주과학기술원 환경공학과UU0000201  );
  • 초록

    용액 상에서 페놀류에 대해 95%의 분해특성을 지니는 동식물세포유래의 효소(horseradish peroxidase, HRP, EC 1.11.1.7)를 다공성 탄소 전극에 고정화시키고 이를 전기화학 반응기에 도입하여 전극반응에 의해 연속적으로 발생되는 과산화수소를 이용하여 페놀의 분해를 수행하였다. FT-IR 분석을 통해 다공성탄소전극 표면에 HRP의 아민기와 펩티드 결합을 위한 카르복실기가 생성되었음을 확인하였고 가교제(coupling agent)로 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride(EDC)를 이용하여 공유결합으로 고정화시켰다. 또한 HRP를 활성화 시켜 페놀을 처리하기 위해 전해질로 사용된 인산염 완충용액의 농도( $10{\sim}200$ mM)와 pH( $5.0{\sim}8.0$ ), 외부 산소 주입량( $10{\sim}50$ mL/min)및 potentiostat/galvanosta에 의한 외부 공급전압( $-0.2{\sim}-0.8$ volt, vs. Ag/AgCl)의 조건을 달리하며 RVC 전극 표면에서 발생되는 과산화수소 농도 및 전류효율을 고려하여 최적 자체 발생조건을 결정하였다. HRP가 고정화된 RVC 전극은 초기 고정화된 HRP 활성에 대해 4주 동안 89%의 상대적 효소 활성도(relatively enzymatic activity)를 지니는 안정한 전극임을 확인하였으며 실험실 스케일의 연속식 전기화학 반응기에 도입되어 최적 과산화수소의 발생조건에서 86%의 분해 효율을 보였다.


    Horseradish peroxidase, had the phenol degradation rate of 95% in aqueous phase, was covalently immobilized on the surface of reticulated vitreous carbon(RVC) and the degradation of phenol was performed with in situ generated $H_2O_2$ -immobilized HRP complex in an electrochemical reactor. The incorporation of carboxylic group on the RVC surface was confirmed by FT/IR spectrometry and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride(EDC) was used for peptide bonds between the carboxylic groups on the RVC surface and amine groups from HRP. The optimal conditions of in situ $H_2O_2$ generation such as concentration( $10{\sim}200$ mM) and pH( $5.0{\sim}8.0$ ) of electrolyte, supply of $O_2(10{\sim}50$ mL/min) and applied voltage( $-0.2{\sim}-0.8$ volt, vs. Ag/AgCl) from potentiostat/galvanostat were determined by concentration of hydrogen peroxide and current efficiency. It was observed that the RVC immobilized HRP was stable maintaining 89% of the initial activity during 4 weeks. The phenol degradation rate of 86% was attained under the optimal condition of in situ $H_2O_2$ generation.


  • 주제어

    동식물유래세포(HRP) .   다공성탄소전극(RVC) .   효소 고정화 .   페놀 처리 .   과산화수소 자체 발생.  

  • 참고문헌 (23)

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