低共熔溶剂和酶协同的微胶囊、制法及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种低共熔溶剂和酶协同的微胶囊，所述微囊为核壳结构，核层为低共熔溶剂和酶的混合物，壳层为透气性材料；所述微囊可以克服低共熔溶剂中含有少量水导致吸收容量降低的问题、克服低共熔溶剂黏度大导致吸收速率降低及酶的逐渐失活导致循环使用率降低等缺点，应用于混合气体中CO2等气体的捕集，同时实现吸收容量、吸收速率、选择性、循环使用率大幅度增加的效果。大幅度增加的效果。大幅度增加的效果。

【技术实现步骤摘要】
低共熔溶剂和酶协同的微胶囊、制法及其应用


[0001]本专利技术属于化工分离纯化领域，涉及低共熔溶剂和酶协同的微胶囊，还涉及其制法及应用。

技术介绍

[0002]现代工业是建立在化石能源消耗基础上的，其碳元素会转化为CO2，导致全球CO2排放量持续增加。CO2是主要的温室气体，其温室效应导致相关灾害不断发生。
[0003]低共熔溶剂作为新型离子液体，在保留传统离子液体优点的同时，吸收容量更大，并且无毒、合成步骤简单、价格低廉。然而低共熔溶剂黏度高，其捕集CO2时气液传质阻力很大，导致吸收容量、吸收速率等有待提高。为克服低共熔溶剂黏度大导致其捕获CO2吸收容量、吸收速率低等问题，常用手段是将低共熔溶剂搭载在材料上，如将氯化胆碱：尿素(1:2)浸渍在硅胶上，对CO2的最大吸收量为22.3mg/g(Sains Malays 2019,48(5),1025
‑
1033)；将氯化胆碱：尿素(1:2)搭载在纳米多孔二氧化硅上，其对CO2的最大吸收量为23.0mg/g(Arab J Sci Eng 2020,45(6),4621
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4634)；在专利CN202110929006.7中，将低共熔溶剂氯化胆碱：尿素(1:2)制成微胶囊，240μm微囊对CO2的吸收量为33.0mg/g，虽然吸收容量和吸收速率都有所提高，但是仍无法克服低共熔溶剂中含有少量水对其吸收容量的影响。在生物酶法碳捕集方面，碳酸酐酶因其具有高速催化CO2水合反应的能力而被广泛关注。生物酶法捕集CO2具有反应速率快、能耗低、绿色环保等优点，但酶本身易失活，循环使用率低。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术针对现有技术中高黏度低共熔溶剂在使用过程中，由于吸水性，不可避免的含有少量水导致吸收容量降低问题，以及单纯使用酶催化CO2水合反应，吸收容量和吸收速率容易受酶活性影响问题，提供了一种低共熔溶剂和酶协同的微胶囊、制法及其强化气体捕集的应用，同时实现吸收容量、吸收速率、选择性、循环使用率的提高。
[0005]技术方案：本专利技术所述的低共熔溶剂和酶协同的微胶囊，其核壳之间有明显界面，核层材料为低共熔溶剂和酶共载的气体吸收剂，所述共载为混合共载，壳层材料为透气性材料。
[0006]优选的，所述低共熔溶剂和酶的质量比为1000:0.01～0.08，壳层厚度为2～50 μm。
[0007]所述酶为碳酸酐酶、碳酸酐酶同工酶、碳酸酐酶模拟物或碳酸酐酶纳米粒子。
[0008]优选的，所述低共熔溶剂由氢键受体和氢键供体组成，所述氢键受体和氢键供体的化学计量比为1:0.25～4，所述氢键受体为氯化胆碱、溴化胆碱或四丁基溴化铵中的一种；氢键供体为尿素、硫脲、苯乙酸、甘油或三氟乙酰胺中的一种。
[0009]优选的，所述透气性材料为聚二甲基硅氧烷、UV可固化液体硅橡胶、壳聚糖凝胶或藻酸盐凝胶中的一种。
[0010]本专利技术所述的低共熔溶剂和酶协同的微胶囊的制备方法为，取透气材料和固化剂
作为中间油相，混合低共熔溶剂酶作为内相，水相作为外相，制备出含酶的微囊，最后经过交联技术制备得到所述低共熔溶剂和酶协同的微胶囊。
[0011]优选的，所述含酶的微囊的制备方法为微流控技术、乳化技术、喷嘴喷雾技术或超临界技术中的一种。通过调控剪切力使连续相对分散相进行剪切，从而破坏分散相表面张力进行包载气体吸收剂的微胶囊制备。
[0012]优选的，所述固化剂为氢硅烷型交联剂、光引发剂I2959等，所述交联技术为热交联技术或紫外交联技术，所述热交联技术温度为40～80℃，交联时间为1～2 h；紫外交联技术紫外光强度为0.7
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38.1mW
·
cm
‑2，交联时间为30
‑
40min。
[0013]本专利技术所述的低共熔溶剂和酶协同的微胶囊的在气体捕集中的应用，所述气体捕集包括工业化二氧化碳、氮氧化物或硫氧化物等的捕集。
[0014]低共熔溶剂作为新型离子液体，与传统离子液体相比，其保留了传统离子液体优点的同时，吸收容量更大，并且无毒、合成步骤简单、价格低廉，所以低共熔溶剂常作为吸收剂。然而高黏度导致吸收速率低，加水可大幅降低低共熔溶剂的黏度，降低气液传质阻力，从而提高吸收速率，但相应的吸收容量会降低，吸收速率和吸收容量不能同时兼得，低共熔溶剂因其吸水性而不可避免含有少量水。使用碳酸酐酶催化CO2水合反应捕集CO2具有反应速率快、能耗低、绿色环保等优点，但酶本身易失活，循环使用率低。本专利将低共熔溶剂和酶结合起来并利用微流控和交联技术进行微胶囊化，既保持了低共熔溶剂高吸收容量所需的高黏度，又充分利用碳酸酐酶结合低共熔溶剂含有的少量水催化CO2水合反应来吸收 CO2，实现协同强化效果。在循环使用方面，虽然随着循环次数的增加，酶活性会降低，但吸收容量受其影响较小，实现吸收速率、吸收容量和循环使用率的同时提高。
[0015]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0016](1)本专利技术的微胶囊采用低共熔溶剂和酶联合使用，克服了低共熔溶剂黏度高，气体传质阻力大，吸收速率和吸收容量低，以及单一使用酶催化CO2水合反应，酶本身易失活，循环使用率低的问题；
[0017](2)本专利技术所制得的微胶囊，吸收操作和解吸过程简单易行，吸收速率和吸收容量大，以240μm级微囊为例，与未加入酶的微囊相比，加入酶的微囊CO2吸收容量提高7.6倍，吸收速率提高2.1倍。选择性吸收显著，气体吸收循环利用性能好，适合工业捕集CO2等气体。
附图说明
[0018]图1为实施例1中不同酶含量时的CO2吸收量；
[0019]图2为实施例4中microcapsule@DES和microcapsule@(DES+CA)的CO2吸收动力图；
[0020]图3为实施例5中microcapsule@(DES+CA)在压力为1.3atm下微囊循环吸收效果；
[0021]图4为实施例6中DES、microcapsule@DES、microcapsule@(DES+CA)甲烷气体系数测试图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0023]实施例1
[0024]酶含量的选择
[0025]将碳酸酐酶溶于内相中，配置不同浓度的含酶内相，将含酶内相制成240μm (壳厚20μm)微囊，对其吸收效果进行测试，如图1，结果表明当酶浓度为0.025 mg CA/g DES时达最大吸收，因此最优酶浓度为0.025mg CA/g DES。
[0026]实施例2
[0027]未加入酶的240μm微囊的制备
[0028]取2.000g聚二甲基硅氧烷和0.200g固化剂(质量比为10:1)作为中间油相，内相为氯化胆碱
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尿素低共熔溶剂混合物，外相是75wt％的甘油水溶液(PVA 含量为5wt％)。通过微流控技术控制注射泵注射速度使内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低共熔溶剂和酶协同的微胶囊，其特征在于，所述微胶囊为核壳结构，核层材料为低共熔溶剂和酶共载的气体吸收剂，壳层材料为透气性材料。2.根据权利要求1所述微胶囊，其特征在于，所述低共熔溶剂和酶的质量比为1000:0.01～0.08，壳层厚度为2～50μm。3.根据权利要求1所述微胶囊，其特征在于，所述酶包括碳酸酐酶、碳酸酐酶同工酶、碳酸酐酶模拟物、碳酸酐酶纳米粒子。4.根据权利要求1所述微胶囊，其特征在于，所述低共熔溶剂由氢键受体和氢键供体组成，所述氢键受体和氢键供体的化学计量比为1:0.25～4；所述氢键受体为氯化胆碱、溴化胆碱或四丁基溴化铵中的一种；氢键供体为尿素、硫脲、苯乙酸、甘油或三氟乙酰胺中的一种。5.根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于，所述透气性材料为聚二甲基硅氧烷、UV可固化液体硅橡胶、壳聚糖凝胶或藻酸盐凝胶中的一种。6.一种权利要求1所述的低共熔溶剂和酶协同的微胶囊的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱红亮，徐嘉豪，蒋文博，赵坤锋，黄德春，陈维，
申请(专利权)人：中国药科大学，
类型：发明
国别省市：