一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，包括气瓶、气泵、含有负载碳酸酐酶的大孔支架的管式反应器、液泵、液体收集箱、气体收集箱；管式反应器耦合有负载碳酸酐酶的大孔支架；大孔支架由无机纳米颗粒和第一有机聚合物、第二有机聚合物混合通过气泡膜板法制备得到，其中无机纳米颗粒和第一有机聚合物提供机械强度，第二有机聚合物提供官能团用于酶负载；碳酸酐酶通过化学偶联的方式固定在大孔支架上。本发明专利技术将负载有碳酸酐酶的大孔支架耦合至流动反应器，可与二氧化碳充分接触，将二氧化碳快速转化为易被小球藻吸收的碳酸氢根，且该流动反应器还可通过并联的方式提高产率，具有潜在的应用价值。具有潜在的应用价值。具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器


[0001]本专利技术属于材料化学和生物
，具体涉及一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器。

技术介绍

[0002]二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％。目前全世界每年向大气中排放的二氧化碳总量达到近300亿吨，二氧化碳利用量则仅为1亿吨左右，远不到排放总量的百分之一。碳捕集是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视和研发支持。目前碳捕获方式主要分为三类：物理吸附、化学吸收和生物捕集。相比于前两者，生物捕集具有“绿色化”、“持久化”、“经济化”等优势。
[0003]生物捕集二氧化碳主要是指陆生植物和微藻通过光合作用将二氧化碳转化为有机化合物的过程。与陆生植物相比，微藻对二氧化碳的生物固定具有更高的光合作用效率。而且，与其他藻类相比，小球藻具有生长繁殖速度快、耐受性强的优势，可以在不同条件、不同环境下进行二氧化碳的捕集。同时小球藻的代谢产物可被当作食品、药品、肥料等。现有技术利用微藻进行二氧化碳生物转化时，一般采用水平或管式反应器，单纯依靠微藻生长进行二氧化碳捕集转化，存在二氧化碳吸收转化效率较慢的问题，
[0004]碳酸酐酶是一种允许动物、植物和微生物将二氧化碳转化为容易获得的碳酸氢盐的酶。当与小球藻共存时，碳酸酐酶可以帮助小球藻更快、更多地吸收二氧化碳，以达到提高固定二氧化碳效果的目的。如何将碳酸酐酶和微藻结合以进一步提高二氧化碳吸收转化效率具有重要的研究价值。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器。
[0006]技术方案：本专利技术提供的一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器包括气瓶、气泵、管式反应器、藻液、液泵、液体收集箱、设有排气口的气体收集箱；所述管式反应器耦合有负载碳酸酐酶的大孔支架；所述液体收集箱设有进样口和取样口；所述气瓶通过输气管与气体收集箱、气泵、管式反应器底部依次连接，所述管式反应器下部通过输液管与液泵、液体收集箱、管式反应器上部依次连接，所述管式反应器顶部通过输气管与气体收集箱连接；所述大孔支架由无机纳米颗粒和第一有机聚合物、第二有机聚合物混合通过气泡膜板法制备得到，其中无机纳米颗粒和第一有机聚合物1提供机械强度，第二有机聚合物提供官能团用于酶负载；所述碳酸酐酶通过化学偶联的方式固定在大孔支架上。
[0007]进一步的，所述的无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。
[0008]进一步的，所述的第一有机聚合物为双键聚醚F127，由丙烯酰氯、三乙胺、聚醚F127反应制备得到。
[0009]进一步的，所述的第二有机聚合物为双键海藻酸钠，由海藻酸钠、甲基丙烯酸酐反
应制备得到。
[0010]进一步的，所述的大孔支架通过以下步骤制备得到：
[0011](1)按比例混合无机纳米颗粒和第一有机聚合物、第二有机聚合物；
[0012](2)将步骤(1)得到的混合物利用直接鼓泡法或微流控技术制备气泡微球；
[0013](3)将步骤(2)获得的气泡微球逐层堆砌成柱状等所需要的形状；
[0014](4)通过化学交联、物理交联或者化学、物理双交联将步骤(3)产物固化形成所需要的大孔支架。
[0015]进一步的，所述的耦合有负载碳酸酐酶的大孔支架的管式反应器通过以下步骤制备得到：
[0016](1)通过化学偶联将一部分碳酸酐酶连接到第二有机聚合物上；
[0017](2)制备大孔支架；
[0018](3)通过物理吸附的方式将另一部分的碳酸酐酶固定到大孔支架上；
[0019](4)利用化学偶联和/或物理吸附法使碳酸酐酶均匀的固定在大孔支架的气孔内；
[0020](5)将以上步骤得到的一根或多根柱状的负载碳酸酐酶的大孔支架加入到管式反应器中。采用多根大孔支架时，确保支架间留有一定空隙。
[0021]进一步的，所述气瓶以鼓泡的方式提供原料气；在管式反应器中，酶将原料气中的二氧化碳转化为碳酸氢根并被微藻吸收利用；
[0022]进一步的，所述液体收集箱用于控制管式反应器内溶液中微藻密度；微藻溶液通过液泵在管式反应器中循环流动。
[0023]进一步的，所述气体收集箱用于控制管式反应器内的气体的循环利用；气体通过气泵在管式反应器内的循环流动。提供光照使微藻进行光合作用，以达到提高二氧化碳生物转化效率的目的。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：(1)本专利技术流动反应器中的大孔支架具有三维大孔结构，具备优异的力学性能和生物相容性，具有良好的亲水性、渗透性，可利用化学偶联或物理吸附将碳酸酐酶固定在大孔支架上，酶负载率高、酶稳定性好；大孔支架可提供具有大比表面积的反应界面，二氧化碳可与负载在大孔支架上的碳酸酐酶充分接触并被高效转化为碳酸氢根以供小球藻利用；(2)用共价固定法将碳酸酐酶负载在大孔支架的通孔中，可以保证酶在大孔结构内均匀稳定的负载，增大碳酸酐酶与二氧化碳的接触面积；提高酶的稳定性和循环使用性。(3)将负载有碳酸酐酶的大孔支架与管式反应器耦合，并借助液泵和气泵使微藻溶液和反应气体在反应器内的循环流动以实现二氧化碳生物转化的过程强化。用循环流动的方式提高过程的可控性，可显著提高二氧化碳的生物转化效率的目的。
附图说明
[0025]图1为本专利技术流动反应器结构示意图；
[0026]图2为本专利技术流动反应器内大孔支架示意图，其中图2(a)为大孔支架实物图，图2(b)为大孔支架宏观图，图2(c)为大孔支架结构图，图2(d)为大孔支架酶负载示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例1、对比例1、对比例2中的小球藻干重变化对比图；
[0028]图4为本专利技术实施例1、对比例1、对比例2中的小球藻吸光度变化对比图；
[0029]图中标号：1为气瓶、2为气泵、3为管式反应器、4为液泵、5为液体收集箱、6为进样口、7为取样口、8为大孔支架、9为气体收集箱、10为排气口。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0031]图1中流动反应器包括气瓶1、气泵2、管式反应器3、藻液、液泵4、液体收集箱5、设有排气口10的气体收集箱9；管式反应器3耦合有负载碳酸酐酶的大孔支架8；液体收集箱5设有进样口6和取样口7；气瓶1通过输气管与气体收集箱9、气泵2、管式反应器3的底部依次连接，管式反应器3的下部通过输液管与液泵4、液体收集箱5、管式反应器3上部依次连接，所述管式反应器3顶部通过输气管与气体收集箱9连接。
[0032]实施例1
[0033](1)制备用于大孔支架8的第一聚合物：
[0034]向75mL三氯甲烷中加入12.5g的聚醚F127，然后通20min氩气以除氧。然后，向溶液中加入0.58mL三乙胺和10mL含丙烯酰氯(3.4v％)的三氯甲烷，混合均匀得到反应溶液并在26℃下避光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，其特征在于，流动反应器包括气瓶(1)、气泵(2)、管式反应器(3)、液泵(4)、液体收集箱(5)、设有排气口(10)的气体收集箱(9)；所述管式反应器(3)耦合有负载碳酸酐酶的大孔支架(8)，所述液体收集箱(5)设有进样口(6)和取样口(7)；所述气瓶(1)通过输气管与气体收集箱(9)、气泵(2)、管式反应器(3)底部依次连接，所述管式反应器(3)下部通过输液管与液泵(4)、液体收集箱(5)、管式反应器(3)上部依次连接，所述管式反应器(3)顶部通过输气管与气体收集箱(9)连接；所述大孔支架(8)由无机纳米颗粒和第一有机聚合物、第二有机聚合物混合通过气泡膜板法制备得到，其中无机纳米颗粒和第一有机聚合物提供机械强度，第二有机聚合物提供官能团用于酶负载；所述碳酸酐酶通过化学偶联的方式固定在大孔支架(8)上。2.根据权利要求1所述的提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，其特征在于，所述的无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。3.根据权利要求1所述的提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，其特征在于，所述的第一有机聚合物为双键聚醚F127。4.根据权利要求1所述的提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，其特征在于，所述的第二有机聚合物为双键海藻酸钠。5.根据权利要求1所述的提高二氧化碳生物转化效率的流动反应器，其特征在于，所述的大孔支架(8)通过以下步骤制备得到：(1)按比例混合无机纳米颗粒和第一有机聚合物、第二有机聚合物；(2)将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：余子夷，李仲林，张少斌，张静，孙紫彤，慈旭佳，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：