《磁性微球固定化CA酶強化IVCAP工藝捕集CO2的套用基礎研究》是依託華僑大學，由荊國華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁性微球固定化CA酶強化IVCAP工藝捕集CO2的套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：荊國華
- 依託單位：華僑大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳酸鹽溶液吸收-真空解吸集成工藝(IVCAP)是近年來開發的一種低再生能耗的CO2捕集新工藝，但由於碳酸鹽是弱鹼，吸收CO2的速率較低，吸收過程為該工藝的速率控制步驟。碳酸酐酶(CA)是一種CO2水合酶，將其添加至吸收液中，可大大促進CO2吸收速率，但如何設計高效穩定的生物反應器、增強氣液固三相傳質效果、保持酶的活性和穩定性是待解決的關鍵問題。針對上述研究背景和存在的問題，本申請提出採用磁性微球固定化CA酶促進IVCAP工藝捕集CO2的新思路，將磁性微球固定化CA酶置於與之匹配的磁性穩態流化床反應器中，強化CO2捕集效果，彌補IVCAP工藝的缺陷，構建磁場作用下酶催化與化學反應耦合吸收-真空解吸的CO2捕集新工藝；深入研究其耦合吸收CO2的機理及該體系捕集CO2的傳質-反應動力學；最佳化工藝參數，考察模擬煙氣條件下該工藝捕集CO2的效能，並評價其經濟性和穩定性。
結題摘要
本項目製備了表面羧基化Fe3O4磁性微球和聚(GMA-DVB)複合Fe3O4磁性微球，並將碳酸酐酶（CA）固定化到磁性微球上，用於強化碳酸鹽溶液吸收-真空解吸集成新工藝（IVCAP）工藝捕集CO2。表徵結果顯示，這兩種微球粒徑分別約為10 nm和200-350 nm，都具超順磁性，載體與酶分子間形成醯胺鍵（-CO-NH-）實現共價結合。將上述兩種磁性微球作為載體固定化CA酶，採用單因素法考察載體用量、pH、搖床轉數、加酶量、時間、溫度等因素對CA酶在Fe3O4磁性微球上固定化效果的影響，最終確定了最佳的CA酶固定化條件。對比兩種磁性微球，聚(GMA-DVB)複合Fe3O4磁性微球的產率高於表面羧基化Fe3O4磁性微球，且最佳條件下，CA酶固定化效果也略高於後者，其酶活力回收率達69.2%，固定化酶的比活力達1.462 U/g（游離酶的比活力為528.321 U/g）。隨後，在最適固定化條件下，通過 p-NPA法，對比游離酶和由聚(GMA-DVB)複合Fe3O4磁性微球製備得到的固定化酶，考察兩種酶的最適溫度、最適pH、熱穩定性、貯藏穩定性以及重複利用性等酶學特性，證明固定化CA酶比具有比游離酶更高的穩定性和耐受性。並以p-NPA為底物，根據米門方程（M-M 方程）得出固定化酶的酶催化反應動力學模型，游離酶的Km為6.091 mM，固定化酶的Km為8.077 mM。在雙攪拌釜中，緩衝液為吸收液，考察固定化酶和游離酶催化 CO2水合作用大小，並基於雙膜理論，分析了酶催化下的CO2水合反應的傳質-反應模型，獲得反應速率常數k2及增強因子E等重要的參數，其Arrhenius關係式為k2CA=1225.59exp(-3175.9/T)。
