聚(GMA-DVB)磁性微球固定化碳酸酐酶及催化CO2水合吸收.pdf

1、CO2超量排放是導(dǎo)致當(dāng)前全球變暖的最主要原因之一?，F(xiàn)有 CO2脫除工藝中，以有機(jī)胺為吸收劑的化學(xué)吸收法在工業(yè)上應(yīng)用較多，但存在氨基易分解、再生能耗高等不足。新型的碳酸鹽溶液吸收-真空解吸集成新工藝（IVCAP）采用 K2CO3水溶液吸收 CO2，可大幅節(jié)能降耗，但吸收速率較有機(jī)胺慢。碳酸酐酶（CA）是至今發(fā)現(xiàn)的最有效的CO2水合酶催化劑，能夠快速可逆催化CO2生成碳酸氫鹽的水合反應(yīng)。已有研究表明，將CA添加至IVCAP工藝中，可顯著提高

2、 CO2吸收速率。因游離酶易失活、穩(wěn)定性差，固定化技術(shù)可提高酶的穩(wěn)定性，使酶易于回收再利用，并為后期裝填于反應(yīng)器、實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)提供了可能。憑借其高效、環(huán)保等獨(dú)特的優(yōu)勢，固定化CA在碳捕集領(lǐng)域引起了研究者的廣泛關(guān)注。本文主要研究了CA固定化載體的制備與表征，CA固定化條件的優(yōu)化，并對游離酶和固定化酶的酯酶酶學(xué)性質(zhì)及催化CO2水合性能進(jìn)行了比較。
　　首先，用溶劑熱法制備出納米 Fe3O4，隨后用一種硅烷偶聯(lián)劑對納米 Fe3O4進(jìn)行雙

3、鍵改性。最后，以改性后的Fe3O4為種子，甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）為聚合單體，二乙烯基苯（DVB）為交聯(lián)劑，采用種子乳液聚合法合成出一種新型聚（GMA-DVB）磁性微球。制備得出的微球比表面積為11.2048 m2 g-1，總孔隙體積為0.1697 cm3 g-1；微球聚合良好，表面攜帶有環(huán)氧基，有明顯的核-殼結(jié)構(gòu)，粒徑在200-350 nm之間，單分散性良好。微球內(nèi)Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為47％，且有機(jī)單體聚合并沒有改變微球的晶

4、體結(jié)構(gòu)。微球和固定化酶都具有較高的飽和磁強(qiáng)度，分別為48.750 emu g-1和48.472 emu g-1，都呈現(xiàn)出超順磁性。
　　將CA通過共價(jià)結(jié)合法固定到微球上，通過一組6因素9水平的均勻?qū)嶒?yàn)優(yōu)化固定化條件，得到最高酶活力回收率可達(dá)65.71%。對固定化酶和游離酶的p-NPA酯酶酶學(xué)性質(zhì)研究表明，相對于游離酶，固定化酶貯存穩(wěn)定性增強(qiáng)，且對溫度和pH具有更好的適應(yīng)性。在4℃下貯藏30 d后，固定化酶仍保持了90.9%的初始活

5、性，游離酶僅具有71.8%的初始活性；重復(fù)使用6次后，固定化酶仍保持47.6%的初始活性。以 p-NPA為底物研究酶催化反應(yīng)動力學(xué)，求出了兩種酶的米氏常數(shù)等動力學(xué)參數(shù)。
　　在雙攪拌釜中，以 pH=10.5的K2CO3-KHCO3緩沖液為吸收劑，考察了40-60℃下固定化酶和游離酶催化 CO2水合作用效果，抑制劑對兩種酶催化效果的影響，以及固定化酶的重復(fù)利用性。結(jié)果表明，影響吸收液對 CO2吸收速率的主要因素有兩個(gè)：酶促作用和溫度