[发明专利]高表面积固体和这些固体在用于实现液体基提取或酶促反应的方法中的应用

说明书

本公开涉及一种多孔液体或多孔液体酶，其包含高表面积固体和基本覆盖高表面积固体的液膜。所述多孔液体或多孔液体酶可与流体接触，所述流体与液膜不混溶从而形成液体‑流体界面。所述液膜可促进物质或底物跨过液体‑流体界面的传质。本公开还提供利用本公开的多孔液体或多孔液体酶进行液体基提取和酶促反应的方法。

技术领域

本公开提供多孔液体(porous liquids)和多孔液体酶(porous liquid enzymes)及其使用方法。特别地，本公开的多孔液体可用于从工作流体中吸收或提取物质，且本公开的多孔液体酶可用于催化与工作流体中的底物(substrate)的反应。

背景技术

在许多工艺(包括石油化学相关工艺，如液体基提取(liquid-based extraction)和生物转化)中，跨过液体/流体界面的相互作用或质量传递起到重要作用，其中流体(也称为工作流体)可以是液体或气体。

在液体基提取中，使含有需要分离和脱除的物类的工作流体与适当的液体(即提取或吸收要脱除的物类的液体)接触。为简单起见，必须脱除的物类可被称为污染物。液体和液体/流体接触器的适当选择允许污染物从工作流体向液体传质以便分离和脱除。在许多重要的工业应用中已实施液体基吸收/提取(Liquid-based absorption/extraction)。例如，通过使液态胺或苛性碱溶液(液体)与烟气(工作流体)接触，从烟气中脱除二氧化碳。酸性CO₂分子跨过烟气/液体界面传递(即传质)到碱性胺(或苛性碱溶液，如KOH)中以选择性地与其反应并从气体料流(工作流体)中脱除。这种方法非常有益于脱除CO₂，但该方法目前受困于为了控制粘度必须用水大幅度稀释胺和低的气液接触器效率。因此，该方法需要大型接触器和再生器。

类似地，多年来已通过液体基相互作用进行从湿天然气中脱除水分子。使湿气体(工作流体)与二醇基液体(glycol-based liquid)(液体)(如三乙二醇(TEG)液体)接触。水分子跨过TEG/天然气界面传递到液体中(传质)，其中通过与TEG分子的氢键合优先吸收水分子，由此导致从气体料流中脱除水分子(即天然气的脱水)。

液体基提取的另一重要实例是从糖的水溶液中脱除反应抑制剂，如糠醛。由植物废料制成的糖含有糠醛，其对糖转化成生物燃料有害。因此，在将糖转化成生物燃料之前，必须从糖中脱除抑制剂糠醛。

有效的液体基提取需要污染物跨过液体/流体界面的有效传质。液体基提取/吸收法的效率取决于跨过液体/流体界面的传质速率，其极大地受到液体和流体之间的界面表面积影响。因此，液体和流体之间的高表面积有利于可盈利的/高效的操作。如上文提到，许多商业方法通过在具有一个或多个接触器的塔中剧烈混合工作流体与液体来实现更高的表面积，所述接触器被设计为提高在固定体积中的流体与液体之间的表面积。但是，这种方法需要大量材料并消耗大量能量。即使如此，显著量的液体和流体仍由于差的表面积/体积比而没有相互作用。因此，显著量的液体和流体仍未使用并且低效。

对高能混合和大体积容器的需要以及大量未使用的流体-液体通常使得现行方法的资本支出和运行支出高。因此，在液体基提取方法中需要提高工作流体和液体之间的表面积(即界面表面积)。这可通过降低所需液体-流体接触器尺寸而降低提取方法中的所需材料体积并降低资本支出和运行支出。

除分子分离外，跨过液体/流体界面的传质对反应和产品升级至关重要。例如，在生物转化中，使用酶(生物催化剂)与烃类反应以生成高价值产品。因此，酶可用于除去杂原子或转化油组分以改进油及其精炼产品的产率和品质。酶的使用提供低压和低温的潜在加工优点。酶的利用不需要氢气，并与炼油厂操作相比具有低化学成本和最小化设备投资。但是，大多数天然酶表现出较低催化效率或与原生的水溶液相比在有机溶剂中变性。