[发明专利]一种高效催化二氧化碳转化甲醇的生物活性中空纳米纤维和中空微囊

权利要求书

1.一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于中空纳米纤维或中空微囊材料的壳层中掺杂有聚合电解质，用于催化CO₂还原制备甲醇的三种酶：甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙醇脱氢酶，以及用于辅酶NADH再生的氧化还原酶R，通过包埋固定化到中空纳米纤维或中空微囊的腔室内；充当电子供体的辅酶NADH，通过与掺杂在中空纳米纤维或中空微囊材料壳层中的聚合电解质之间的静电引力作用，被束缚在中空纳米纤维或中空微囊的内壁上，反应过程中不会从中空纳米纤维或中空微囊中泄露，因此可以被重复利用，同时，为了加速CO₂水合反应，将碳酸酐酶固定化在中空纳米纤维或中空微囊的外表面。

2.如权利要求1所述一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于制备步骤如下：

1)将一定质量的甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙醇脱氢酶、用于辅酶再生的氧化还原酶R、辅酶分子NADH、以及一种聚合电解质分子溶于一定量的水中，并与甘油按照一定的体积比混合均匀，作为同轴静电纺丝的内相电纺液，加入到微量进样器中；

2)将一定质量高分子聚合物溶于有机溶剂中充分溶解，得到的透明溶液作为同轴共纺静电纺丝的外相电纺液，加入到另一微量进样器中，其中外相电纺液是溶于N,N-二甲基乙酰胺的重量百分比为10～30％的聚氨酯溶液、溶于N,N-二甲基乙酰胺的重量百分比为10～30％的聚偏氟乙烯溶液、溶于氯仿的重量百分比为10～30％的聚乳酸溶液、溶于水的重量百分比为3～10％的聚环氧乙烷溶液、或溶于N,N-二甲基乙酰胺的质量百分比为5-20％苯乙烯马来酸酐共聚物溶液；

3)将内、外相电纺液分别通过管线连接至同轴电纺喷丝头的进液口，将喷丝头的出液口与高压电源的正极连接，用铝箔纸或不锈钢网连接至高压电源的负极作为接收板；

4)利用两台恒流泵分别控制内、外相电纺液的流速，进行同轴静电纺丝，在接收板上得到掺杂有聚合电解质的中空纳米纤维或者中空微囊；同时，甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙醇脱氢酶、氧化还原酶R、辅酶分子NADH被原位地包埋在中空纳米纤维或者中空微囊的腔室内；

5)将上一步骤制得的一定质量的包埋有四种酶和辅酶的中空纳米纤维或者中空微囊浸泡到0.1-10mg/mL的碳酸酐酶溶液中，一定转速下，在振荡器上震荡30min以上，然后取出，用缓冲液冲洗三次，备用。

3.如权利要求1所述一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于用于辅酶再生的氧化还原酶R为能够以NAD⁺为辅酶的氧化还原酶类，所述氧化还原酶具体为谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、亮氨酸脱氢酶。

4.如权利要求1所述一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于掺杂于中空纳米纤维或中空微囊材料壳层中的聚合电解质为：聚丙烯胺盐酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺，其在内相电纺液中的浓度为5-50g/L。

5.如权利要求2所述一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于同轴共纺静电纺丝过程中内相电纺液流速为0.05-0.2mL/h，外相电纺液流速为0.5-1mL/h。

6.如权利要求2所述一种高效催化CO₂合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于通过调节内、外相电纺液的流速，内、外相电纺液的组成，制备出连续成膜的中空纳米纤维，或者不连续的中空微囊，中空纳米纤维外径为1-2μm，内径为0.5-1μm；中空微囊的外径为3-6μm，内径为1.5-4μm。