[发明专利]Pickering乳液固载酶用于固定床连续化反应的方法

说明书

本发明提供了一种Pickering乳液固载酶用于固定床连续化反应的方法。该方法以经二氯二甲基硅烷修饰的纳米氧化硅作为乳液稳定剂，以加入了酶催化剂的离子液为分散相，以有机溶剂为连续相，经高速搅拌形成油包离子液(IL/Oil)型的Pickering乳液。将此固载了酶催化剂的Pickering乳液装入固定床反应器中，通过恒流泵从反应器上端输送反应物溶液，流经催化剂床层后，产物从反应器底部流出。该方法条件温和，简便易行，可有效提高酶的催化效率，实现了酶的重复利用和连续化操作，易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及固载酶催化，具体涉及一种Pickering乳液固载酶用于固定床连续化反应的方法。

背景技术

酶催化反应具有条件温和，催化效率高，专一性强等优点，其高效的化学、立体和区域选择性有助于降低成本，提高反应效率，避免不必要的副反应以及减少环境污染。因此，酶作为一种重要的生物催化剂已被广泛用于药物、手性化合物和光学活性化合物等多种有机物的合成反应中，并显示出巨大的应用前景。

通常，酶催化反应在水介质中进行，而大部分有机反应底物仅溶于有机溶剂，因此形成典型的油水两相体系。油水两相体系虽然能够在一定程度上保持酶的稳定性，避免有机溶剂对酶的毒害作用。然而该体系的局限性在于一方面酶催化反应只能发生在油水界面处，酶与反应底物之间接触困难，导致反应速率缓慢，转化效率低，从而影响酶催化反应性能。另一方面，不利于对水敏感的酶催化反应，如酯化反应，酯交换反应等，水的存在会抑制反应的进行。

近年来的研究表明，酶在非水介质中仍可表现出催化活性，并且表现出在水介质中所不具有的特有的催化特性，如更高的底物溶解性、酯交换反应的可逆性以及酶催化的特异性。离子液体作为一种新型的非水溶剂，具有无毒、不挥发，热稳定性好、结构可设计、可回收再利用和对有机、无机、及高分子化合物好的溶解性等优点，被誉为绿色溶剂，广泛应用于各类生物催化中。R.M.Lau等利用南极假丝酵母脂肪酶(Candida antarcticalipase B，CALB)在无水的[BMIM][BF₄]或[BMIM][PF₆]中催化丁酸乙酯和丁醇的酯交换反应，4h后反应转化率可达到81％(Org.Lett.,2000,2,4189–4191)。专利CN104531823A公开了一种以离子液体作为绿色介质酶催化拆分DL-薄荷醇的方法，该方法显著提高了酶在离子液体中的活性与稳定性，反应转化率与对映体过量率高，离子液体与酶可回收再利用，工艺绿色、高效、环保。然而离子液体粘度大，搅拌耗能，规模化应用困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pickering乳液固载酶用于固定床连续化反应的方法。该方法通过油包离子液型Pickering乳液固载酶，可有效解决油水两相体系中反应效率低，且不利于对水敏感的催化反应等问题；此外，该方法将离子液分割成微米级液滴，并用于固定床反应器，避免因离子液粘度大而难以实现连续化、规模化的难题。

本发明提供的一种Pickering乳液固载酶用于固定床连续化反应的方法，包括如下步骤：

(1)界面活性的SiO₂的制备：采用超声波将60～80nm的SiO₂分散于甲苯中，然后加入二氯二甲基硅烷和正己胺(催化剂)；在60℃、氮气保护下，经过3～6h的搅拌回流，再将上述混合体系离心分离，得到的固体用甲苯和甲醇分别洗涤3-4次，真空干燥后，获得具有界面活性的SiO₂；所述SiO₂与二氯二甲基硅烷的质量比为1:0.3～0.7；所述二氯二甲基硅烷与正己胺的质量比为1:1.6～2.4。