[发明专利]一种固定化碳酸酐酶及其制备与在捕集烟气中二氧化碳的应用

说明书

本发明公开了一种固定化碳酸酐酶及其制备与在捕集烟气中CO₂的应用，所述固定化碳酸酐酶按如下方法制备：将六水合硝酸锌水溶液滴加至2‑甲基咪唑水溶液中，在30‑40℃下搅拌5‑6min，再加入碳酸酐酶溶液，继续搅拌20‑25min，反应结束后，离心，沉淀用去离子水洗涤，得到固定化碳酸酐酶；本发明利用固定化碳酸酐酶颗粒强化有机胺溶液吸收‑解吸燃煤电厂烟气中CO₂，在同等条件下提高了CO₂吸收速率和吸收容量，吸收速率可达到传统MEA工艺的80‑90％，吸收容量提高了40‑60％，显著地提升了经济效益和社会效益。

(一)技术领域

本发明属于CO₂减排处理领域，具体涉及一种基于酶促反应捕集烟气中CO₂的方法。

(二)背景技术

二氧化碳等可引发温室效应的温室气体已经受到了国际社会的广泛关注，已成为国际能源领域研发的热点。我国二氧化碳的排放量仅次于美国居世界第二位，减排二氧化碳的压力越来越大，并将成为制约我国燃煤发电可持续发展的瓶颈之一。如何有效吸收二氧化碳并将其资源化成为了一个新的热点方向。目前，国际上二氧化碳捕集和处理工艺尚处于研究开发和示范阶段。

目前工业上最成熟最常见的CO₂捕集工艺是有机胺吸收工艺，其吸收量大、设备投入较小、价格低廉、可还原等优势使得它成为了唯一可被商业化得CO₂捕集工艺。但是该工艺存在再生能耗高、吸收效率不够高、设备庞大等问题，导致布局推广该工艺的成本很高。在对有机胺吸收工艺长期以来的研究中，碳酸酐酶(CA)催化CO₂水合生成HCO₃^-的能力被开发，CA是已知的催化CO₂水合速率最快的酶，其催化吸收速率可达到10⁶s^-1。而且研究表明，在有机胺溶液中加入CA可以降低解吸时所需的温度，这可以大大减少再生所需的能耗。

不过CA自身的热稳定性和重复利用率时限制它作为有机胺溶液催化剂的两大缺陷。中国发明专利“热稳定的碳酸酐酶及其用途”(公开号：CN101688209A；公开日：2010.03.31)通过编码碳酸酐酶的核酸使得其拥有一定的热稳定性；加拿大发明专利“Chemically Modified Carbonic Anhydrases Useful In Carbon Capture Systems”(公开号：CA2803959A1；公开日：2012.01.05)通过化学修饰碳酸酐酶提高热稳定性和有机胺耐受性；中国发明专利“热稳定性的碳酸酐酶及其使用方法”(公布号：CN103547672A；公布日：2012.05.08)也通过生物编码技术使碳酸酐酶拥有一定的热稳定性。但是生物编码技术相对昂贵，变相提高了投入的成本。同时在有机胺中加入游离的碳酸酐酶后难以实现酶-胺分离，不方便单独更换有机胺溶液或碳酸酐酶。因此发明一种成本相对低廉、可以实现酶-胺分离、拥有满足工业需求的热稳定性、重复利用性和吸收性能的碳酸酐酶强化三级胺吸收CO₂的工艺十分有必要。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种固定化碳酸酐酶颗粒及其制备与应用，向吸收剂中加入一定比例的固定化碳酸酐酶颗粒，同时解决了有机胺(三级胺)溶液吸收CO₂速率慢和碳酸酐酶热稳定性差这两大问题，并且少量添加的固体颗粒并不会对吸收-解吸过程中的传质效果产生明显影响；多次循环的固定化碳酸酐酶依旧能保持较高的稳定性，节省了投入成本，同时可以方便地实现酶-胺分离，节省日常维护成本。

本发明采用的技术方案是：