[發明專利]一種熱穩定性碳酸酐酶在催化有機胺溶液解吸CO2中的應用

有效

• 申請號: 201410641943.2
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104437002A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 祝俊;余允東;周曉青;張燕;汪浩;龍輝;張敏;陳亭亭;陳風義
• 申請（專利權）人: 上海立足生物科技有限公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 章鳴玉

技術領域

本發明屬于CO₂減排處理領域，具體地涉及一種熱穩定性碳酸酐酶在催化有機胺溶液解吸CO₂中的應用。

背景技術

二氧化碳是導致溫室效應的主要氣體之一，而隨著國民經濟的不斷發展，二氧化碳的排放量也日益增長。為響應對于全球氣候變化的關注，二氧化碳的減排策略在國際上受到了廣泛的重視，已成為國際能源領域的研發熱點。我國二氧化碳的排放量居世界首位，減排二氧化碳的壓力越來越大，并將成為制約我國燃煤發電可持續發展的瓶頸之一。

對二氧化碳的捕集與利用(CO₂Capture?and?Utilization,CCU)是當前最直接的一種控制二氧化碳排放的措施，因其有望實現化石能源二氧化碳近零排放而被廣泛采用。目前主要有三種不同類型的CO₂捕集方案，即燃燒前脫碳(Pre-combustion)、富氧燃燒脫碳(Oxy-fuel?combustion)和燃燒后脫碳(Post-combustion)，其中最成熟的是燃燒后脫碳，就是將CO₂從化石燃料或生物質空氣燃燒后的煙氣中進行捕集分離的過程，這種技術原理簡單，適應范圍廣。目前研究和使用最多的CO₂捕集方法是以有機胺為主的溶劑吸收法。有機胺法吸收CO₂的實質是酸堿中和反應，弱酸(CO₂)和弱堿(胺)在38℃左右反應生成可溶于水的鹽，溫度升高時發生逆反應解吸出CO₂。不同種類的有機胺在吸收和解吸速率、腐蝕性以及降解性方面都存在一定的差異。伯胺和仲胺能夠快速直接與CO₂進行反應生成氨基甲酸鹽(反應1)，而因為氨基甲酸鹽的結構比較穩定，使得解吸過程難以發生。而叔胺的N原子為三耦合的，CO₂與生成亞穩定的碳酸氫鹽，在高溫條件下極易發生水解，解吸出CO₂(如反應2所示)。

有機胺吸收是一種能源投入較大的過程，仍存在一些瓶頸，直接制約了碳捕捉技術的大規模化發展。例如在利用乙醇胺(MEA)捕集CO₂的過程中，成本約為60美元每噸CO₂(IPCC)，占整個捕捉技術投入的80％，另外20％則用于后續CO₂的壓縮、運輸以及封存等過程。其中最為關鍵的問題是解吸過程中的能耗較高。而在有機胺法吸收和解吸CO₂的整個捕集過程中，70％-80％的能量用于解吸CO₂過程。因此，對于如何減少CO₂解吸過程的能量投入問題具有極其重要的學術意義和工業價值。為解決傳統捕集過程成本過高的問題，生物催化劑—碳酸酐酶被應用到了這項技術中。碳酸酐酶是催化CO₂水合生成HCO₃-及其逆反應速率最快的酶。近年來，碳酸酐酶在催化有機胺吸收CO₂過程中得到了眾多研究和應用，而國內外對碳酸酐酶催化CO₂解吸的方法仍鮮有報道。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供熱穩定性碳酸酐酶在催化有機胺溶液解吸CO₂中的應用。

本申請采用本實驗室基因改造后表達的碳酸酐酶(PaCA)進行不同溫度下催化CO₂富集有機胺溶液解吸，在本應用方法中該酶能在不同的較低的解吸溫度下，有效地促進CO₂的解吸速率。

本發明的技術方案如下：

一種熱穩定性碳酸酐酶在催化有機胺溶液解吸CO₂中的應用，所述熱穩定性碳酸酐酶為SEQ?ID?NO:2所示的氨基酸序列。

根據本發明所述熱穩定性碳酸酐酶在催化有機胺溶液解吸CO₂中的應用，所述應用的方法為，包括如下步驟：

裝有有機胺溶液的反應器內常溫吸收CO₂，吸收結束后加入熱穩定性碳酸酐酶酶液，加入量為15-75mL/L有機胺溶液，攪拌，升溫，在50-100℃下進行解吸實驗，在線檢測反應過程中體系pH的變化，pH變化穩定時，解吸過程結束。

所述的常溫吸收為在25-40℃下吸收。