[发明专利]利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法

说明书

本发明公开了一种利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法，将磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶均匀分散于碳酸钾溶液中得到二氧化碳吸收液，在持续搅拌下向所述二氧化碳吸收液中通入二氧化碳。本发明通过层层自组装的方法制备得到磁性金属有机骨架材料，以吸附法固定碳酸酐酶得到具有磁性的固定化酶颗粒，有利于固定化酶的高效回收利用。

技术领域

本发明涉及酶固定及应用领域，具体涉及一种利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法。

背景技术

全世界每年都要向大气中排放大量的二氧化碳(CO₂)，这是造成温室效应的重要原因。我国CO₂的年排放量就超过90亿吨。目前，有机胺吸收法成熟度高，被认为是短期内最有可能应用于燃煤电厂的CO₂捕集技术。然而，现有的乙醇胺(MEA)吸收工艺存在能耗高、处理成本昂贵等问题。其中，吸收剂再生能耗占总捕集成本的60％。由此可见，降低CO₂捕集成本的关键在于降低吸收剂的再生能耗。

碳酸钾溶液由于吸收热低，近年来逐渐被用于CO₂捕集。此前，已有研究者提出了一种新的二氧化碳捕集工艺，称为集成真空碳酸盐吸收工艺(IVCAP)(美国专利号：US8062408 B2)。该方法的CO₂吸收剂是一种碳酸钾水溶液。由于CO₂和碳酸钾溶液之间存在弱亲和力，这使得二氧化碳在低温(50-70℃)和低压(2-8psia)的条件下能够从富二氧化碳的溶液中解析出来。因此，电厂低压汽轮机产生的劣质蒸汽即可为解析过程提供能量。由此可见，IVCAP工艺不仅在技术上是可行的，而且比MEA工艺更经济。

由于CO₂在碳酸钾溶液中的吸收速率很低，因此引入碳酸酐酶作为催化剂来强化CO₂吸收过程。碳酸酐酶具有速率快、选择性强、无二次污染且不改变气液平衡过程等优点，是一类理想的强化CO₂吸收的催化剂。而游离碳酸酐酶受环境条件的影响，易失活；金属有机骨架(MOFs)材料具有高孔容、比表面积大等优点，是一种理想的固定化材料。因此利用MOFs材料固定化碳酸酐酶成为研究热点。然而非磁性的MOFs材料固定化碳酸酐酶在反应器中回收步骤繁琐，磁性MOFs材料固定化碳酸酐酶可被磁铁吸引而快速聚集，这使得吸收液更换变得简便、快捷。这为工业应用开拓了更广阔的前景。

发明内容

本发明所解决的技术问题是集成真空碳酸盐吸收工艺(IVCAP)中的碳酸钾是弱CO₂吸收剂并且吸收速率很慢，因此需要碳酸酐酶作为催化剂以增加CO₂的吸收速率。而非磁性固定化酶在溶液中较难回收再利用。磁性金属有机骨架材料固定化酶能被磁铁吸引而聚集，从而利于固液分离，便于固定化酶的回收再利用，这为工业应用开拓了广阔的前景。因此，本发明提供了一种利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法，通过层层自组装的方法制备得到磁性金属有机骨架材料，以吸附法固定碳酸酐酶得到具有磁性的固定化酶颗粒，有利于固定化酶的高效回收利用(磁铁吸引下，固定化酶的聚集时间不超过15s)，并且进一步研究发现本发明特制的磁性金属有机骨架材料与碳酸酐酶存在协同作用，相比于单一磁性金属有机骨架材料或碳酸酐酶，具有对二氧化碳吸收的显著促进作用。

一种利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法，将磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶均匀分散于碳酸钾溶液中得到二氧化碳吸收液，在持续搅拌下向所述二氧化碳吸收液中通入二氧化碳；

所述磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶的制备方法包括步骤：

(1)将六水合氯化铁、乙二醇和乙酸钠混均后置于反应釜中160-200℃溶剂热反应8-16h，制得的四氧化三铁磁性微球用磁铁收集，用无水乙醇洗涤后烘干待用；

(2)将步骤(1)制得的四氧化三铁磁性微球分散于聚苯乙烯磺酸钠水溶液中，超声15-25min，样品用磁铁回收，去离子水洗涤后待用；