一种碳酸酐酶模拟酶的制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种碳酸酐酶模拟酶的制备方法及用途。该制备方法为：将1

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸酐酶模拟酶的制备方法及用途


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，特别涉及一种碳酸酐酶模拟酶的制备方法及用途。

技术介绍

[0002]化石燃料的燃烧造成了大量的CO2释放，因而导致全球的温室效应。为了减少CO2释放，需要对CO2进行捕捉和富集。
[0003]碳酸酐酶是一类催化CO2快速水合为碳酸氢根离子和一个质子的锌酶，转化数约为106/s。碳酸酐酶广泛存在于自然界中，被认为是一种有潜力的加速CO2捕捉的酶。但由于其价格昂贵，不能重复使用，酶活易受外界因素影响，从而在大规模工业化应用中受到限制。因此开发一种高效的碳酸酐酶模拟酶是十分重要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于设计合成碳酸酐酶模拟酶，并研究其在二氧化碳捕集和分离中的应用。
[0005]所述的碳酸酐酶模拟酶的制备方法为：先将1
‑
乙烯基咪唑溶液与锌盐在室温下避光自组装0.5
‑
72h，再加入交联剂、引发剂，配成混合反应液，超声通氮气30
‑
60min脱除溶液中的氧气，搅拌聚合反应合成聚合物纳米颗粒，聚合完成后离心或透析除去未反应的单体即得碳酸酐酶模拟酶。
[0006]上述加入交联剂和引发剂时同时加入基本单体。
[0007]将上述制备的碳酸酐酶模拟酶进行配体交换，最后去离子水洗涤、冷冻干燥即得配体交换后的碳酸酐酶模拟酶。
[0008]所述的锌盐为醋酸锌、氯化锌和高氯酸锌中的一种或几种。所述的锌盐的用量为1
‑/>乙烯基咪唑溶液质量的0.4
‑
10％。
[0009]所述的基本单体为N
‑
异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和/或N
‑
叔丁基丙烯酰胺(TBAm)。
[0010]所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、N,N'
‑
乙烯基双丙烯酰胺和乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。
[0011]所述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈或四甲基乙二胺。引发剂的用量为0.5
‑
2.0mg/mL。
[0012]所述的1
‑
乙烯基咪唑和交联剂的摩尔比例范围为10
‑
98:2
‑
10。
[0013]所述的1
‑
乙烯基咪唑、基本单体和交联剂的总浓度为10
‑
1000mM，其中，基本单体的摩尔含量不超过88％。
[0014]所述的聚合反应在密封或氮气氛围下进行，聚合反应温度为25℃
‑
80℃，聚合反应时间为2
‑
72h。
[0015]所述的配体交换的具体操作为：将50
‑
1000mg碳酸酐酶模拟酶与10
‑
50mL浓度为0.05
‑
0.5M NaHCO3溶液超声处理10
‑
60min，重复操作2
‑
5次。
[0016]上述制备的碳酸酐酶模拟酶应用于CO2水合捕集。
[0017]上述制备的碳酸酐酶模拟酶在催化对硝基苯乙酸酯水解反应中的应用。
[0018]一种混合基质膜的制备方法为：将100
‑
1000mg聚乙二醇丙烯酸甲酯、50
‑
500mg聚乙二醇二丙烯酸酯和1
‑
20mg的偶氮二异丁腈混合，超声处理5
‑
30min后加入0.5
‑
50mg碳酸酐酶模拟酶，超声和涡旋振荡器交替处理得到前体混合液，将前体混合液填充到玻璃板模具中，在50
‑
90℃下进行自由基聚合1
‑
24h，取出薄膜，使用甲醇将薄膜清洗2
‑
5次，60
‑
100℃真空干燥，获得混合基质膜。
[0019]上述制备的混合基质膜在CO2气体分离中的应用。
[0020]本专利技术制备的碳酸酐酶模拟酶对对硝基苯乙酸酯(p
‑
NPA)的水解和CO2的水合均显示出了较高的催化活性。对p
‑
NPA水解的催化常数k
cat
/K
m
高达4285.8M
‑1s
‑1，是天然碳酸酐酶催化速率k
cat
/K
m
(245.8M
‑1s
‑1)的17.4倍；CO2水合过程中，可以在100s内使pH从8.2下降至6.64(天然碳酸酐酶下降为7.28)，CO2水合性能明显优于天然碳酸酐酶。该碳酸酐酶模拟酶由化学方法制备，具有良好的催化活性、较高的稳定性、较长的使用寿命和较强的抗恶劣环境的能力，克服了生物碳酸酐酶存在的成本高、在工业应用环境下不稳定、易失活和难以重复使用等缺点。与目前报道的碳酸酐酶模拟酶相比，本专利技术的合成方法简单快速、成本低、合成条件温和绿色。
附图说明
[0021]图1是实施例一中表1合成的碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)(a,c)和碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)(b,d)扫描电镜图(a,b)动态光光散射图(c,d)。
[0022]图2是实施例一中表1合成的酸酐酶模拟酶8(配体交换前)和碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)的X射线光电子能谱图。
[0023]图3是实施例一中表1合成的碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)和碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)的傅里叶红外光谱图。
[0024]图4是实施例一中表1合成的碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)在273K对N2和CO2的吸附量比较。
[0025]图5是实施例一中表1合成的碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)和碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)的X射线衍射谱图。
[0026]图6是实施例二中对硝基苯酚在400nm处浓度和吸光度的关系曲线。
[0027]图7是实施例二中碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)、碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)、不同Zn和IM比例、不同TBAm含量的碳酸酐酶模拟酶8以及不含锌或者不含1
‑
乙烯基咪唑的聚合物对对硝基苯乙酸酯的水解初速度。
[0028]图8是实施例三碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)、碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)，不同锌比例、不同1
‑
乙烯基咪唑比例、不同TBAm含量、不含锌或者不含1
‑
乙烯基咪唑合成的聚合物，以及天然碳酸酐酶对CO2的水合效果(pH下降速率)。
[0029]图9是实施例三中碳酸酐酶模拟酶8(配体交换前)、碳酸酐酶模拟酶8(配体交换后)和天然碳酸酐酶在不同时间内催化CO2产生的CaCO3质量(a)以及产生的CaCO3的X射线衍射图(b)。
[0030]图10分别是实施例四中a)不同负载量的碳酸酐酶模拟酶8(交换后)混合基质膜对
CO2的渗透通量及对CO2/N2、CO2/CH4、CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸酐酶模拟酶的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体操作为：先将1
‑
乙烯基咪唑溶液与锌盐在室温下避光自组装0.5
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72h，再加入交联剂、引发剂，配成混合反应液，超声通氮气30
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60min脱除溶液中的氧气，搅拌聚合反应合成聚合物纳米颗粒，聚合完成后离心或透析除去未反应的单体即得碳酸酐酶模拟酶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加入交联剂和引发剂时同时加入基本单体，所述的基本单体为N
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异丙基丙烯酰胺和/或N
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叔丁基丙烯酰胺。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，将制备的碳酸酐酶模拟酶进行配体交换，最后去离子水洗涤、冷冻干燥即得配体交换后的碳酸酐酶模拟酶。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的锌盐为醋酸锌、氯化锌和高氯酸锌中的一种或几种；所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、N,N'
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乙烯基双丙烯酰胺和乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种；所述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈或四甲基乙二胺。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚合反应在密封或氮气氛围下进行，聚合反应温度为25℃
‑
80℃，聚合反应时间为2
‑
72h。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的配体交换的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕永琴，樊彬，张亚辉，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：