[發(fā)明專利]生物酶固碳方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210077782.X
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103316582A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔浩杰;付明來;李麗;石建穩(wěn);周強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類號: B01D53/84
• 分類號: B01D53/84;B01D53/62;C01B31/22
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用生物酶捕集和存儲CO₂技術(shù)，尤其涉及在反應(yīng)裝置內(nèi)負(fù)載碳酸酐酶促進(jìn)CO₂?水合反應(yīng)固碳的過程。本發(fā)明所涉及的反應(yīng)裝置可循環(huán)完成固碳反應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)生物酶載體和水的循環(huán)利用及CO₂水合反應(yīng)最終產(chǎn)物CaCO₃的回收利用。?

背景技術(shù)

碳酸酐酶（EC?4.2.1.1）是最重要的鋅酶，含一條蛋白質(zhì)鏈和一個Zn²⁺，分子量約為30000。它廣泛存在于脊椎動物的紅血球及植物葉中。它是一種特殊的以CO₂?和HCO₃^-為催化底物的酶。碳酸酐酶II催化CO₂?的速率可達(dá)1.4×10⁶（分子）/秒，居各酶之首。?

減少CO₂?在大氣中的濃度和控制全球氣溫升高是人類正在面對的問題。利用微藻生物工程固定CO₂是最經(jīng)濟(jì)、最直接和最有效的措施之一，大量文獻(xiàn)和專利都有涉及。但是利用藻類酶經(jīng)濟(jì)快速轉(zhuǎn)化氣相CO₂?和相關(guān)工業(yè)化設(shè)計(jì)裝置卻鮮少報道。本發(fā)明不但揭示了一種利用藻產(chǎn)碳酸酐酶高效、低成本固定CO₂?溫室氣體的方法，而且設(shè)計(jì)了一套塔式裝置和配套的塔外裝置用于促進(jìn)CO₂?氣體水合反應(yīng)及產(chǎn)物CaCO₃沉降回收。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是揭示了一種利用藻產(chǎn)碳酸酐酶高效、低成本固定CO₂?氣的方法，包括將生物分子-碳酸酐酶負(fù)載于陶粒上，將陶粒淋水和暴露于高濃度CO₂中，用生物酶促進(jìn)二氧化碳（氣）水合反應(yīng)生成CO₃^2-；同時設(shè)計(jì)了一套生物酶固碳裝置—一個多層塔式生物反應(yīng)器，包括底塔—高濃度CO₂氣進(jìn)口和液體出口、中塔—酶促反應(yīng)室、頂塔—低濃度CO₂氣出口和液體進(jìn)口及一個CaCO₃沉淀池，該反應(yīng)裝置可循環(huán)完成固碳反應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)生物酶載體和水的循環(huán)利用及CO₂水合反應(yīng)最終產(chǎn)物CaCO₃的回收利用。?

本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn)：液體從頂塔進(jìn)入和噴灑的同時，高濃度CO₂混合氣從底塔進(jìn)入，氣體路徑由底塔經(jīng)中塔反應(yīng)區(qū)，最后到頂塔氣體出口，液體路徑由高塔經(jīng)中塔反應(yīng)區(qū)，最后到底塔液體出口；CO₂混合氣和液體同時到達(dá)中塔酶反應(yīng)室內(nèi)，兩層反應(yīng)室的底盤可以繞軸心旋轉(zhuǎn)并帶動承載的陶粒，液體流動和陶粒轉(zhuǎn)動加快了CO₂向液體擴(kuò)散，加速了生物酶催化CO₂水合產(chǎn)生CO₃^2-；低濃度CO₂混合氣經(jīng)頂塔排出，含CO₃^2-液體流經(jīng)底塔排到塔外沉淀池，在CaCl₂溶液中析出CaCO₃沉淀。?

所述的高濃度CO₂混合氣從底塔進(jìn)入時經(jīng)過濾除塵。?

所述的高濃度CO₂混合氣從底塔進(jìn)入時由氣閥控制。?

所述的底塔的底盤是不連接在轉(zhuǎn)軸上具有多孔槽的淋水裝置，兩層中塔的底盤是連接在轉(zhuǎn)軸上具有多孔槽的透水裝置，兩個中塔底盤與塔身內(nèi)壁有一定間隙，距離小于陶粒的最小直徑。所述的將生物酶負(fù)載于陶粒是通過物理吸附或化學(xué)共價交聯(lián)實(shí)現(xiàn)。?

所述的沉淀池由混合區(qū)—調(diào)控pH值和添加Ca²⁺、斜板沉降區(qū)—沉淀CaCO₃稀漿和清水區(qū)構(gòu)成。?

所述的添加Ca²⁺是將CaCl₂預(yù)先配置成懸濁液，并送至沉淀池的混合區(qū)。?

所述的塔外液體循環(huán)路徑上，用蠕動泵將沉淀池清水區(qū)液體泵送到頂塔液體入口，在此過程中用過濾膜阻隔Ca²⁺，避免其進(jìn)入塔內(nèi)；攔截下來的Ca²⁺需用少量補(bǔ)給水使其回流入沉淀池混合區(qū)。按照上述方法制作的裝置，通過粗提藻類酶可經(jīng)濟(jì)、快速降低混合氣中CO₂濃度，減少CO₂向大氣排放和環(huán)境溫室效應(yīng)，有效降低固碳成本。?