[发明专利]一种活性焦固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种活性焦固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用，该制备方法利用在活性焦的制备过程中直接加入亲水性纳米二氧化硅，使得纳米二氧化硅能够分散均匀，本发明预处理工艺可有效去除活性焦表面及孔隙结构的杂质，利于裸露出更多的二氧化硅，同时显著增加了活性焦表面含氧官能团数量，提高亲水性，最终提高了碳酸酐酶固化量。本发明的制备方法工艺流程简单，显著减少了固定化碳酸酐酶有机化学试剂用量，非常适合于大批量工业化生产及应用。

技术领域

本发明属于CO₂减排处理领域，具体涉及一种活性焦固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用。

背景技术

燃煤电厂碳排放占CO₂总排放量的43％以上，是最大的CO₂排放源。当前单位供电碳排放为600g CO₂/kW·h(全球平均约为450g CO₂/kW·h)，为应对碳中和目标，烟气捕集二氧化碳能力将成为今后燃煤机组的重要考核指标。

现阶段最成熟、最广泛的脱碳技术，是利用有机胺作吸收剂(CCUS)，与烟气中的CO₂反应生成水溶性盐，再加热吸收液，实现CO₂的释放与捕集，同时再生吸收液。该技术的缺点是：能耗大、经济效益低，及次生污染。因此，CCUS还无法实现商业化，急需开发高效低成本的烟气二氧化碳捕集技术。

碳酸酐酶(Carbonic anhydrase，CA)是至今发现的最有效的CO₂水合酶催化剂，可显著提高CO₂吸收速率，其催化吸收速率可达10⁶s^-1。但是CA成本高，游离的CA在高温和废气含量大等恶劣条件下稳定性差、可重复性差、回收利用困难，限制了其工业应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种活性焦固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用，以解决现有技术中游离的CA稳定性差，可重复性差，限制其工业应用的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种活性焦固定化碳酸酐酶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将半焦颗粒与纳米二氧化硅按照质量比(5～10):1混合，依次经过捏合造粒、碳化和活化，得到富含纳米二氧化硅活性焦颗粒；

步骤2，将富含纳米二氧化硅活性焦颗粒浸泡在质量浓度30％浓硝酸或者20％双氧水溶液中，加热后搅拌，得到浸泡后的富含纳米二氧化硅活性焦颗粒，将浸泡后的富含纳米二氧化硅活性焦颗粒清洗至清洗后的液体pH值为中性，然后将清洗后的富含纳米二氧化硅活性焦颗粒烘干，得到表面预处理后的富含纳米二氧化硅活性焦颗粒；

步骤3，将表面预处理后的富含纳米二氧化硅活性焦颗粒加入到Tris-HCl缓冲液中，然后加入戊二醛和碳酸酐酶冻干粉，所述碳酸酐酶冻干粉与富含纳米二氧化硅活性焦颗粒的质量比为1：50，搅拌并超声处理后，得到附着有碳酸酐酶的二氧化硅活性焦颗粒，通过Tris-HCl缓冲液洗涤附着有固化碳酸酐酶的活性焦颗粒，得到活性焦固定碳酸酐酶。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，所述碳化过程为在600℃下，惰性气氛中进行加热；所述活化过程为在850℃的水蒸气下活化。

优选的，所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅中硅烷醇基团的密度为2SiOH/nm²。

优选的，所述纳米二氧化硅比表面积为130m²/g～440m²/g。

优选的，步骤2中，加热至50℃搅拌，搅拌后浸泡2h。