[發明專利]載人航天器內CO2去除用凝膠酶膜裝置

無效

• 申請號: 200910097335.9
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN101549242A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 陳歡林;張亞濤;張林;程麗華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D71/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬于酶膜反應器及其制備應用技術，具體涉及一種載人航天器內CO₂去除用凝膠酶膜裝置。

背景技術

眾所周知，全球變暖是由于以CO₂為代表的溫室氣體的大量排放導致的溫室效應加劇造成的，但是與大氣中CO₂濃度升高相比，由于CO₂濃度升高所導致的密閉空氣質量問題容易被大家忽視。一般室內空氣中CO₂濃度約為0.04％，適宜人們呼吸；當CO₂含量達到0.07％，有少數對氣體敏感的人感覺有不良氣味或有不適感覺；達0.1％時，空氣中氨類化合物明顯增加，人們普遍有不適感覺。在載人航天飛行器中，CO₂濃度容許水平有嚴格限定。例如美國阿波羅最佳水平小于3.8mmHg(0.5kPa)，最大容許值是7.6mmHg(1kPa)，應急容許限度是15mmHg(2kPa)。蘇聯聯盟號定為小于1.4％(相當于10mmHg)。日本的軌道站實驗艙內(1985)最大容許值為3.04mmHg(0.45kPa)，90天航期的降級最大容許值為7.6mmHg(1.0kPa)，22天航期的降級最大容許值為12.16mmHg(1.62kPa)。為此，研究安全可行的低濃度CO₂去除技術，能夠滿足人們對于健康家居環境要求的需要，而且能進一步解決特殊密閉空間，如載人航天器、空間實驗室的CO₂去除問題，對促進我國載人空間飛行器及空間實驗室建設具有十分重要的現實意義。

碳酸酐酶(Carbonic?Anhydrase，CA)是一種適于溫室條件下低濃度CO₂(＜1.0％)轉化的高效CO₂水化和脫水反應催化劑。CA液膜具有傳遞阻力小、滲透通量和選擇性高的特點，用于低濃度CO₂的去除十分有效，但液膜不穩定，需要破乳等，不適合密閉空間內CO₂的去除。Cowan等(Ann.N.Y.Acad.Sci.，2003，984，453-469)采用CA催化的酶膜反應器致力于密閉空氣中微量CO₂的去除，但存在組件不易放大的問題。與平板膜組件相比，中空纖維膜組件一直以膜比表面積大，容易放大設計見長。而且針對支撐液膜(Supported?Liquid?Membrane，SLM)再生困難，要求濕度控制，以及存在液泛等缺陷。早在1988年Majumdar等人(AIChE?J.，1988，34，1135-1145)就提出了含液液膜(Contained?Liquid?Membrane，CLM)的概念，即在兩股彼此獨立，但互相成對排列分布的中空纖維膜束管壁外殼程空隙中填充水或其他溶液形成薄液膜，這種殼程填充膜液的中空纖維組件被稱作中空纖維含液液膜(Hollow?Fiber?Contained?Liquid?Membrane，HFCLM)滲透裝置，但一直未引起注意。與傳統通過潤濕進氣和吹掃氣方法相比，HFCLM由于采用緩沖體系提高液膜穩定性，結果分離效果大大改觀。

與SLM相比，雖然中空纖維含酶液膜由于采用了緩沖體系液膜穩定性大有提高，顯示出較好的CO₂去除效果，但依然不能徹底防止膜液的流失。凝膠支撐液膜，由于支撐液膜微孔內的網狀結構及表面致密的凝膠層可以有效地防止液膜的流失；另外凝膠具有一定的形狀，可保持液膜的有序構形并提高運行的穩定性。所以，有必要研制一種凝膠固定化CA酶膜反應器，結合CA的高效可逆催化和中空纖維填充密度高和易放大的特點，通過改進酶膜反應器的結構來強化單位反應器去除CO₂的能力，采用一種新型的納米復合凝膠固定化CA，旨在提高CA的穩定性，以致增強酶膜反應器的操作穩定性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種載人航天器內CO₂去除用凝膠酶膜裝置。