[發明專利]一種固定化碳酸酐酶及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210326179.4
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114591937B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 王舒;田振華;孫傳民;程占冰
• 申請（專利權）人: 弈柯萊生物科技（上海）股份有限公司
• 主分類號: C12N9/88
• 分類號: C12N9/88;C12N11/089;B01D53/62;B01D53/84
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 黃益澍

本發明公開了一種固定化碳酸酐酶及其制備方法和應用。所述固定化碳酸酐酶包括碳酸酐酶和環氧型樹脂，且所述碳酸酐酶連接于所述環氧型樹脂。所述固定化碳酸酐酶的制備方法包括以下步驟：(1)將碳酸酐酶與環氧型樹脂混合，使發生固定化，進行固液分離獲得濾餅；(2)將(1)中的濾餅置于緩沖液中保溫后，進行固液分離得所述固定化碳酸酐酶。所述應用為所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的應用。本發明的固定化碳酸酐酶由環氧型樹脂和碳酸酐酶制備而得，生產簡便；酶活穩定，套用效果好，套用100次仍沒有活性損失；易于在工業中應用。

技術領域

本發明屬于生物酶技術領域，涉及一種固定化碳酸酐酶及其制備方法，以及所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的應用。

背景技術

隨著社會的飛速發展，二氧化碳的排放問題日益嚴重，造成大氣中二氧化碳含量增加，引發一系列氣候問題，引起了人們的關注。碳排放較多的行業例如為燃煤電廠、鋼鐵和水泥，排放量占比較高。為減少二氧化碳排放，除了減少使用化石燃料外，還可以利用二氧化碳捕集、利用及封存(Carbon?capture,utilisation?and?storage,CCUS)技術將工業生產中產生的二氧化碳轉化為其它物質，從而減少碳排放。

二氧化碳的捕集方法包括：化學吸附、溶劑吸收、膜分離法和酶法。吸附、吸收、膜分離方法具有分離效率高等優點，但存在解析過程中消耗能量大，長期使用造成設備腐蝕等問題。而酶法固碳具有能耗低、環境友好等優點。

碳酸酐酶(Carbonic?Anhydrase,CA,EC?4.2.1.1)也稱作碳酸脫水酶，是一種以Zn²⁺位活性中心的金屬酶，能夠高效催化二氧化碳的可逆水合反應，使其轉化為碳酸氫根離子：催化速率可達自然條件下的10⁶倍，是目前已知催化速率最快的酶之一。將碳酸酐酶應用于CCUS技術中，可以提高二氧化碳的吸收效率，有效解決傳統工藝中的熱能損失，且具有環境友好、可再生等優點，逐漸成為二氧化碳捕集與封存研究中的熱點。但是游離的碳酸酐酶穩定性差，不易回收，限制了其在工業中的應用范疇。使用多孔材料(分子篩、多孔玻璃或活性炭)和無孔納米材料(TiO₂、SiO₂或仿生SiO₂)等作為固定化載體，碳酸酐酶的負載率(20-50mg/g)和活性保留率(30-50％)較低。

專利CN112538473A公開了一種利用磁性金屬有機骨架材料固定化的碳酸酐酶催化碳酸鉀吸收二氧化碳的方法，此方法不僅提高了碳酸鉀吸收二氧化碳的速率，而且利用磁性金屬有機骨架材料固定碳酸酐酶，使其能被磁鐵吸引而聚集，從而利于固液分離，便于固定化酶的回收再利用。在40℃條件下，加入固定化碳酸酐酶的反應溶液對二氧化碳吸收速率是不加酶的反應溶液對二氧化碳吸收速率的1.6倍。但該專利并未涉及碳酸酐酶穩定性或使用壽命的問題。

專利CN113832137A公開了一種活性焦固定化碳酸酐酶及其制備方法和應用，該方法中以氨水作為吸收劑，富含納米二氧化硅活性焦顆粒的比表面積可直接影響煙氣中二氧化碳的脫除效率，其中脫出效率最高可達86.4％。但該專利公開的固定化碳酸酐酶的制備方法復雜，條件要求較高。

專利CN110218721B中公開了一種高穩定固定化碳酸酐酶及其制備方法與應用，該方法利用ZIF-8的多孔結構，在ZIF-8結構形成的同時將碳酸酐酶固定其中而制得固定化碳酸酐酶。該固定化碳酸酐酶在重復使用4次后能夠保留初始活性的83％，套用效果較差，不利于工業化生產。

發明內容

為解決現有技術中固定化碳酸酐酶制備方法復雜、套用效果較差的問題，提供了一種固定化碳酸酐酶及其制備方法，以及所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的應用。

為此，本發明技術方案的第一方面提供了一種固定化碳酸酐酶的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將碳酸酐酶與環氧型樹脂混合，使發生固定化，進行固液分離獲得濾餅；