[发明专利]一种兼具分布气体和酶催化的中空纤维膜反应器及其应用

权利要求书

1.一种中空纤维膜反应器，其特征在于：所述反应器用于酶催化CO₂反应，反应器 包括作为气体分布器的中空纤维膜(4)和用于固定化酶的中空纤维膜(5)；

用来作为气体分布器的中空纤维膜(4)和固定化酶的中空纤维膜(5)组装在同 一个组件内形成膜组件，膜组件的底端和组件内所有中空纤维膜的底端密封，膜组件 的顶端和固定化酶的中空纤维膜的顶端密封，用来分布气体的中空纤维膜的顶端开 放，用来通CO₂气体，靠近膜组件顶端的侧面开设支口，用来加入反应溶液和使未 反应完的气体逸出，液相溶液在通入气体之前从膜组件侧面支口加入膜组件的壳程；

CO₂气体从膜组件的顶端通入，即从作为气体分布器的中空纤维膜(4)开放的 一端进入膜的内腔，再在压差作用下，透过膜壁上的膜孔鼓泡，进入到膜组件的壳程 溶液中，与膜组件中固定化酶的中空纤维膜(5)表面负载的酶催化剂和壳程溶液中 的反应物接触反应，同时对液相起到扰动作用，强化气-液传质和液相混合，未反应 完的多余气体从膜组件的侧面支口经接收池(6)排出，进气端通过质量流量计(2) 与储气罐(1)管路连接，储气罐(1)和质量流量计(2)之间设有减压阀，膜组件 侧面支口与接收池管路相连；

作为气体分布器的中空纤维膜(5)材料为疏水膜，所述疏水膜为聚合物膜或无 机膜或有机-无机复合膜，平均孔径为0.01～10μm。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述聚合物膜为聚乙烯(PE)、聚 丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)。

3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于：气体分布器的中空纤维膜(4)的平 均孔径为0.1～1μm。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于：作为气体分布器的中空纤维膜(4) 的根数为一根或两根以上。

5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于：用于固定化酶的中空纤维膜材料采 用亲水膜或疏水膜。

6.权利要求1-5任一项所述反应器在甲酸脱氢酶催化CO₂合成甲酸中的应用方法， 其特征在于：

将1-20根作为气体分布器的中空纤维膜和1-10根固定化了甲酸脱氢酶的中空 纤维膜封装于同一组件内，形成膜组件；向膜反应器中加入5-100mM的辅酶NADH 的磷酸盐缓冲液溶液，水浴加热，控制温度为30-40℃；开启储气罐的减压阀，调节 质量流量计使CO₂气体通入作为气体分布器的中空纤维膜内腔，在压差作用下，气 体穿过膜孔以鼓泡方式与膜组件中固定化酶的中空纤维膜表面负载的酶催化剂和壳 程溶液中的反应物接触并反应，未反应完的多余气体从膜组件的侧面支口逸出经接收 池后排出，反应1-10h后，取样品溶液检测；

作为气体分布器的中空纤维膜的孔径为0.1～1μm、孔隙率为20-80％，作为气体 分布器的中空纤维膜材料为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚 偏氟乙烯(PVDF)。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：CO₂气体通入的流速以使液体不 溢出膜组件侧面支口为上限。

8.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：固定化了甲酸脱氢酶的中空纤维 膜材料为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。