[发明专利]一种固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用。所述固定化碳酸酐酶包括碳酸酐酶和环氧型树脂，且所述碳酸酐酶连接于所述环氧型树脂。所述固定化碳酸酐酶的制备方法包括以下步骤：(1)将碳酸酐酶与环氧型树脂混合，使发生固定化，进行固液分离获得滤饼；(2)将(1)中的滤饼置于缓冲液中保温后，进行固液分离得所述固定化碳酸酐酶。所述应用为所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的应用。本发明的固定化碳酸酐酶由环氧型树脂和碳酸酐酶制备而得，生产简便；酶活稳定，套用效果好，套用100次仍没有活性损失；易于在工业中应用。

技术领域

本发明属于生物酶技术领域，涉及一种固定化碳酸酐酶及其制备方法，以及所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的应用。

背景技术

随着社会的飞速发展，二氧化碳的排放问题日益严重，造成大气中二氧化碳含量增加，引发一系列气候问题，引起了人们的关注。碳排放较多的行业例如为燃煤电厂、钢铁和水泥，排放量占比较高。为减少二氧化碳排放，除了减少使用化石燃料外，还可以利用二氧化碳捕集、利用及封存(Carbon capture,utilisation and storage,CCUS)技术将工业生产中产生的二氧化碳转化为其它物质，从而减少碳排放。

二氧化碳的捕集方法包括：化学吸附、溶剂吸收、膜分离法和酶法。吸附、吸收、膜分离方法具有分离效率高等优点，但存在解析过程中消耗能量大，长期使用造成设备腐蚀等问题。而酶法固碳具有能耗低、环境友好等优点。

碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA,EC 4.2.1.1)也称作碳酸脱水酶，是一种以Zn²⁺位活性中心的金属酶，能够高效催化二氧化碳的可逆水合反应，使其转化为碳酸氢根离子：催化速率可达自然条件下的10⁶倍，是目前已知催化速率最快的酶之一。将碳酸酐酶应用于CCUS技术中，可以提高二氧化碳的吸收效率，有效解决传统工艺中的热能损失，且具有环境友好、可再生等优点，逐渐成为二氧化碳捕集与封存研究中的热点。但是游离的碳酸酐酶稳定性差，不易回收，限制了其在工业中的应用范畴。使用多孔材料(分子筛、多孔玻璃或活性炭)和无孔纳米材料(TiO₂、SiO₂或仿生SiO₂)等作为固定化载体，碳酸酐酶的负载率(20-50mg/g)和活性保留率(30-50％)较低。

专利CN112538473A公开了一种利用磁性金属有机骨架材料固定化的碳酸酐酶催化碳酸钾吸收二氧化碳的方法，此方法不仅提高了碳酸钾吸收二氧化碳的速率，而且利用磁性金属有机骨架材料固定碳酸酐酶，使其能被磁铁吸引而聚集，从而利于固液分离，便于固定化酶的回收再利用。在40℃条件下，加入固定化碳酸酐酶的反应溶液对二氧化碳吸收速率是不加酶的反应溶液对二氧化碳吸收速率的1.6倍。但该专利并未涉及碳酸酐酶稳定性或使用寿命的问题。

专利CN113832137A公开了一种活性焦固定化碳酸酐酶及其制备方法和应用，该方法中以氨水作为吸收剂，富含纳米二氧化硅活性焦颗粒的比表面积可直接影响烟气中二氧化碳的脱除效率，其中脱出效率最高可达86.4％。但该专利公开的固定化碳酸酐酶的制备方法复杂，条件要求较高。

专利CN110218721B中公开了一种高稳定固定化碳酸酐酶及其制备方法与应用，该方法利用ZIF-8的多孔结构，在ZIF-8结构形成的同时将碳酸酐酶固定其中而制得固定化碳酸酐酶。该固定化碳酸酐酶在重复使用4次后能够保留初始活性的83％，套用效果较差，不利于工业化生产。

发明内容

为解决现有技术中固定化碳酸酐酶制备方法复杂、套用效果较差的问题，提供了一种固定化碳酸酐酶及其制备方法，以及所述固定化碳酸酐酶在二氧化碳捕集、利用及封存中的应用。

为此，本发明技术方案的第一方面提供了一种固定化碳酸酐酶的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将碳酸酐酶与环氧型树脂混合，使发生固定化，进行固液分离获得滤饼；