本发明专利技术公开了一种载人航天器内ＣＯ↓［２］去除用凝胶酶膜装置。包括ＣＯ↓［２］钢瓶、空压机、凝胶酶膜反应器件、吹扫气钢瓶、ＣＯ↓［２］储罐，凝胶酶膜反应器件内交叉设有吹扫侧用膜、原料侧用膜，凝胶酶膜反应器件内设有固定化碳酸酐酶的凝胶，ＣＯ↓［２］钢瓶与空压机、凝胶酶膜反应器件原料侧进口、原料侧用膜、凝胶酶膜反应器件原料侧出口、空压机低压口依次连接，吹扫气钢瓶与凝胶酶膜反应器件吹扫侧进口、吹扫侧用膜、凝胶酶膜反应器件吹扫侧出口、ＣＯ↓［２］储罐依次连接。本发明专利技术采用纳米复合凝胶固定化碳酸酐酶，可提高使酶的活性和酶的热稳定性；采用中空纤维膜组件用于反应器的设计，有利于组件的放大；凝胶酶膜反应器集酶催化过程和膜分离过程于一体，提高了ＣＯ↓［２］的去除效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于酶膜反应器及其制备应用技术，具体涉及一种载人航天器内C02去除用凝胶酶膜装置。
技术介绍
众所周知，全球变暖是由于以co2为代表的温室气体的大量排放导致的温室效应加剧造成的，但是与大气中C02浓度升高相比，由于C02浓度升高所导致的密闭空气质量问题容易被大家忽视。 一般室内空气中C02浓度约为0.04%， 适宜人们呼吸；当C02含量达到0.07%，有少数对气体敏感的人感觉有不良气 味或有不适感觉；达0.1%时，空气中氨类化合物明显增加，人们普遍有不适感 觉。在载人航天飞行器中，C02浓度容许水平有严格限定。例如美国阿波罗最佳 水平小于3.8 mmHg (0.5 kPa)，最大容许值是7.6 mmHg (1 kPa)，应急容许限度 是15 mmHg (2 kPa)。苏联联盟号定为小于1.4% (相当于10 mmHg)。日本的轨 道站实验舱内(1985)最大容许值为3.04 mmHg (0.45kPa)， 90天航期的降级最 大容许值为7.6 mmHg (1.0 kPa)， 22天航期的降级最大容许值为12.16 mmHg (1.62 kPa)。为此，研究安全可行的低浓度C02去除技术，能够满足人们对于健 康家居环境要求的需要，而且能进一步解决特殊密闭空间，如载人航天器、空 间实验室的C02去除问题，对促进我国载人空间飞行器及空间实验室建设具有 十分重要的现实意义。碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase, CA)是 一 种适于温室条件下低浓度 (302(<1.0%)转化的高效(:02水化和脱水反应催化剂。CA液膜具有传递阻力小、 渗透通量和选择性高的特点，用于低浓度C02的去除十分有效，但液膜不稳定， 需要破乳等，不适合密闭空间内C02的去除。Cowan等(j"". A^/. 5W.，2003, 9W， 453469)采用CA催化的酶膜反应器致力于密闭空气中微量C02的去除，但 存在组件不易放大的问题。与平板膜组件相比，中空纤维膜组件一直以膜比表 面积大，容易放大设计见长。而且针对支撑液膜(Supported Liquid Membrane, SLM)再生困难，要求湿度控制，以及存在液泛等缺陷。早在1988年Majumdar等 人(J/C7^J， 1988, 34, 1135—1145)就提出了含液液膜(Contained Liquid Membrane: CLM)的概念，即在两股彼此独立，但互相成对排列分布的中空纤维膜束管壁外 壳程空隙中填充水或其他溶液形成薄液膜，这种壳程填充膜液的中空纤维组件 被称作中空纤维含液液膜(Hollow Fiber Contained Liquid Membrane, HFCLM)渗透装置，但一直未引起注意。与传统通过润湿进气和吹扫气方法相比，HFCLM 由于采用缓冲体系提高液膜稳定性，结果分离效果大大改观。与SLM相比，虽然中空纤维含酶液膜由于采用了缓冲体系液膜稳定性大有 提高，显示出较好的C02去除效果，但依然不能彻底防止膜液的流失。凝胶支撑 液膜，由于支撑液膜微孔内的网状结构及表面致密的凝胶层可以有效地防止液 膜的流失；另外凝胶具有一定的形状，可保持液膜的有序构形并提高运行的稳 定性。所以，有必要研制一种凝胶固定化CA酶膜反应器，结合CA的高效可逆催 化和中空纤维填充密度高和易放大的特点，通过改进酶膜反应器的结构来强化 单位反应器去除C02的能力，采用一种新型的纳米复合凝胶固定化CA，旨在提 高CA的稳定性，以致增强酶膜反应器的操作稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种载人航天器内C02去除用凝胶酶膜装置。载人航天器内C02去除用凝胶酶膜装置包括C02钢瓶、空压机、凝胶酶膜反 应器件、吹扫气钢瓶、C02储罐，凝胶酶膜反应器件内交叉设有吹扫侧用膜、原料侧用膜，吹扫侧用膜两端分别与凝胶酶膜反应器件的吹扫侧出口、吹扫侧进 口连接，原料侧用膜两端分别与凝胶酶膜反应器件的原料侧出口、原料侧进口连接，凝胶酶膜反应器件内设有固定化碳酸酐酶的凝胶，C02钢瓶与空压机、凝胶酶膜反应器件原料侧进口、原料侧用膜、凝胶酶膜反应器件原料侧出口、空 压机低压口依次连接，吹扫气钢瓶与凝胶酶膜反应器件吹扫侧进口、吹扫侧用膜、凝胶酶膜反应器件吹扫侧出口、 C02储罐依次连接。所述的固定化碳酸酐酶的凝胶的制备方法包括如下步骤1) 丙烯酸单体用氢氧化钠水溶液中和，加入丙烯酰胺、有机改性的水滑石、引发剂、交联剂、含有分散剂的环己垸，氮气保护下先40 60'C反应2 3小时， 再60 7(TC反应1 3小时，得到粉末状的聚丙烯酸/水滑石纳米复合凝胶，所 述丙烯酸单体用量为环己烷重量的10% 25%，丙烯酰胺用量为环己烷重量的 1.0% 3.0%;引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂用量为丙烯酸单体重量的 0.1% 0.4%;交联剂为N,N，-亚甲基双丙烯酰胺，交联剂用量为丙烯酸单体重量 的0.02% 0.03%;分散剂为Span-60，分散剂用量为丙烯酸单体和丙烯酰胺重 量之和的4% 5%;有机改性水滑石的用量为丙烯酸单体和丙烯酰胺重量之和的 1% 5%;2) 将粉末状的聚丙烯酸/水滑石纳米复合凝胶在20 30mM的Tris-HCl缓冲溶液中充分溶胀，加入100 500 mg/L的碳酸酐酶溶液，于0 4'C下，充分搅 拌10 12小时，得到固定化碳酸酐酶的凝胶。所述的碳酸酐酶溶液是将碳酸酐酶溶解于pH值为8.0的Tris-HCl缓冲溶液 中制成。吹扫侧用膜、原料侧用膜为两束聚偏氟乙烯中空纤维膜，采用环氧树 脂胶将凝胶酶膜反应器件封装，最后将上述固定化碳酸酐酶的凝胶填充到凝胶 酶膜反应器件的两束聚偏氟乙烯中空纤维膜之间，密封，得到凝胶酶膜反应器 件。环氧树脂胶是环氧树脂与固化剂5784、 5610按比例配制而成，固化剂5784 与5610的比例为1:1 1:3，环氧树脂与固化剂的比例为4:1 2.5:1。本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是1) 用具有多孔结构的纳米复合凝胶固定化碳酸酐酶，多孔结构中的自由水不仅可以提高使酶的活性，还可以提高酶的热稳定性；2) 采用中空纤维膜组件用于反应器的设计，有利于组件的放大和反应器体 积的控制；3) 凝胶酶膜反应器集酶催化过程和膜分离过程于一体，提高了C02的去除 效率。附图说明附图为载人航天器内C02去除用凝胶酶膜装置结构示意图中CCb钢瓶l、空压机2、凝胶酶膜反应器件3、吹扫侧用膜4、原料侧用膜5、固定化碳酸酐酶的凝胶6、吹扫气钢瓶7、 C02储罐8。具体实施例方式如附图所示，载人航天器内C02去除用凝胶酶膜装置包括CCb钢瓶1、空压 机2、凝胶酶膜反应器件3、吹扫气钢瓶7、 C02储罐8，凝胶酶膜反应器件3 内交叉设有吹扫侧用膜4、原料侧用膜5，吹扫侧用膜4两端分别与凝胶酶膜反 应器件3的吹扫侧出口、吹扫侧进口连接，原料侧用膜5两端分别与凝胶酶膜 反应器件3的原料侧出口、原料侧进口连接，凝胶酶膜反应器件3内设有固定 化碳酸酐酶的凝胶6， CCb钢瓶1与空压机2、凝胶酶膜反应器件3原料侧进口 、 原料侧用膜5、凝胶酶膜反应器件3原料侧出口、空压机2低压口依次连接，吹 扫气钢瓶7与凝胶酶膜反应器件3吹扫侧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种载人航天器内ＣＯ↓［２］去除用凝胶酶膜装置，其特征在于包括ＣＯ↓［２］钢瓶（１）、空压机（２）、凝胶酶膜反应器件（３）、吹扫气钢瓶（７）、ＣＯ↓［２］储罐（８），凝胶酶膜反应器件（３）内交叉设有吹扫侧用膜（４）、原料侧用膜（５），吹扫侧用膜（４）两端分别与凝胶酶膜反应器件（３）的吹扫侧出口、吹扫侧进口连接，原料侧用膜（５）两端分别与凝胶酶膜反应器件（３）的原料侧出口、原料侧进口连接，凝胶酶膜反应器件（３）内设有固定化碳酸酐酶的凝胶（６），ＣＯ↓［２］钢瓶（１）与空压机（２）、凝胶酶膜反应器件（３）原料侧进口、原料侧用膜（５）、凝胶酶膜反应器件（３）原料侧出口、空压机（２）低压口依次连接，吹扫气钢瓶（７）与凝胶酶膜反应器件（３）吹扫侧进口、吹扫侧用膜（４）、凝胶酶膜反应器件（３）吹扫侧出口、ＣＯ↓［２］储罐（８）依次连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈欢林，张亚涛，张林，程丽华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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