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的制作方法_2

文档序号:8496683阅读:来源:国知局
组装到纤维外表面,具体步骤如下: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-lOmg/mL的碳酸酐酶溶液中,一定转速下,在振荡器上震荡15min以上,然后取出,用缓冲液冲洗三次,备用。
[0028]本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
[0029]I)通过使用同轴共纺将多酶和辅酶分子原位包埋于中空纳米纤维或中空微囊的中空腔室内,避免了繁琐的固定化过程有效的保留了多酶体系的良好的催化活性,而且负载率可以高达100%。
[0030]2)通过层层自组装技术将加速0)2水化的碳酸酐酶组装到纤维的外表面,使其与水中的CO2充分接触,大大的加快了 CO 2到HCO 3-的转化速度。
[0031]3)将多酶体系固定在一个纳米级空间内,有效的提高了多酶体系之间的协同作用和邻近效应,很大程度的提高了多酶体系的整体催化效率。
[0032]4)聚合电解质分子的静电引力作用和中空纳米纤维或中空微囊的纳米空间限制效应,可以有效的提高多酶体系的稳定性。
【附图说明】
[0033]图1是中空纳米纤维固定化多酶体系催化0)2转化的示意图。
[0034]图2是中空微囊固定化多酶体系催化0)2转化的示意图。
[0035]图3是实施例4中原位包埋多酶体系的聚丙烯胺盐酸盐-聚氨酯中空纳米纤维的扫描电镜照片(表面)。
[0036]图4是实施例4中原位包埋多酶体系的聚丙烯胺盐酸盐-聚氨酯中空纳米纤维的扫描电镜照片(断面)。
[0037]图5是实施例4中原位包埋多酶体系的聚丙烯胺盐酸盐-聚氨酯中空微囊的扫描电镜照片(表面)。
[0038]图6是实施例16中原位包埋多酶体系的聚丙烯胺盐酸盐-聚氨酯中空微囊的透射电镜照片。
[0039]图7是实施例1-3中游离多酶体系催化CO2转化成甲醇的转化率曲线。
[0040]图8是实施例4-6中聚合电解质掺杂的中空纳米纤维固定化多酶体系催化0)2转化成甲醇的转化率曲线。
[0041]图9是实施例6中聚合电解质掺杂的中空纳米纤维固定化多酶体系在80度下的稳定性曲线。
[0042]图10是实施例16中聚合电解质掺杂的中空微囊固定化多酶体系催化CO2转化成甲醇的转化率曲线。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图和具体实施例对本发明的进行详细的描述。这些实施例仅是范例性的,并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明方案的细节和形式进行修改,在没有做出创造性劳动前提下的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0044]实施例1:
[0045]本实施例描述一种用于溶液中0)2转化成甲醇的催化体系,产物的检测方法。
[0046]催化反应体系中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:0.5g/L ;甲醛脱氢酶:0.5g/L ;乙醇脱氢酶:0.5g/L ; NADH: Immo I/L ;pH 7.0的磷酸盐缓冲液:50mM。
[0047]反应操作如下:首先,向2mL的磷酸盐缓冲液中持续通入CO2气体,加入上述浓度的多酶体系,维持反应器压力为0.3MPa,150rpm,37°C条件下反应10小时,每隔一定的时间,取出20L的反应液,利用安捷伦7890A气相色谱检测生成的甲醇浓度。
[0048]实施例2:
[0049]本实施例描述一种用于溶液中0)2转化成甲醇的催化体系,及产物的检测方法。
[0050]催化反应体系中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:0.5g/L ;甲醛脱氢酶:0.5g/L ;乙醇脱氢酶:0.5g/L ;谷氨酸脱氢酶:0.5g/L ; NADH: Immo I/L ;pH 7.0的磷酸盐缓冲液:50mM。
[0051]反应操作如下:首先,向2mL的磷酸盐缓冲液中持续通入CO2气体,加入上述浓度的多酶体系,维持反应器压力为0.3MPa,150rpm,37°C条件下反应10小时,每隔一定的时间,取出20 μ L的反应液,利用安捷伦7890A气相色谱检测生成的甲醇浓度。
[0052]实施例3:
[0053]本实施例描述一种用于溶液中0)2转化成甲醇的催化体系,及产物的检测方法。催化反应体系中各组分含量如下所示:碳酸酐酶:0.5g/L ;甲酸脱氢酶:0.5g/L ;甲醛脱氢酶:0.5g/L ;乙醇脱氢酶:0.5g/L ;谷氨酸脱氢酶:0.5g/L ;NADH: ImmoI/L ;pH 7.0的磷酸盐缓冲液:50mM。
[0054]反应操作如下:首先,向2mL的磷酸盐缓冲液中持续通入CO2气体,加入上述浓度的多酶体系,维持反应器压力为0.3MPa,150rpm,37°C条件下反应10小时,每隔一定的时间,取出20L的反应液,利用安捷伦7890A气相色谱检测生成的甲醇浓度。
[0055]实施例4:
[0056]本实施例描述一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维的制备方法。
[0057]将一定浓度的多酶体系水溶液和一定浓度的聚丙烯胺盐酸盐水溶液等体积充分混合,150rpm震荡15min,与甘油以20:80的体积比充分混合均勾,加入到5mL的进样器,作为同轴共纺的内相电纺液;将聚氨酯溶于N,N- 二甲基乙酰胺中,充分溶解配成重量百分比为25%的溶液,作为同轴共纺的外相电纺液,加入到另一 5mL的进样器中;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,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。调节喷丝头到接收板间的距离为25cm,电压为20kV。利用注射泵控制内相电纺液流速为0.07mL/h,外相流速为0.5mL/h,进行同轴共纺静电纺丝。得到中空聚合电解质纳米纤维的内径为500±200nm,外径为1500±200nm。
[0058]内相电纺液中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:10g/L ;甲醛脱氢酶:10g/L乙醇脱氢酶:10g/L ;NADH:14g/L ;聚丙烯胺盐酸盐:10g/L。
[0059]将所制备出的生物活性中空纳米纤维用于CO2合成甲醇。首先,向2mL的磷酸盐缓冲液中持续通入CO2气体,加入上述制得的生物活性中空纳米纤维膜50mg,维持反应器压力为0.3MPa,150rpm,37°C条件下反应10小时,每隔一定的时间,取出20 μ L的反应液进行甲醇检测。
[0060]实施例5:
[0061]本实施例描述一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维的制备方法。
[0062]将一定浓度的多酶体系水溶液和一定浓度的聚丙烯胺盐酸盐水溶液等体积充分混合,150rpm震荡15min,与甘油以20:80的体积比充分混合均勾,加入到5mL的进样器,作为同轴共纺的内相电纺液;将聚氨酯溶于N,N- 二甲基乙酰胺中,充分溶解配成重量百分比为25%的溶液,作为同轴共纺的外相电纺液,加入到另一 5mL的进样器中;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,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。调节喷丝头到接收板间的距离为25cm,电压为20kV。利用注射泵控制内相电纺液流速为0.07mL/h,外相流速为0.5mL/h,进行同轴共纺静电纺丝。得到中空聚合电解质纳米纤维的内径为500±200nm ;外径为1500±200nm。
[0063]内相电纺液中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:10g/L ;甲醛脱氢酶:10g/L ;乙醇脱氢酶:10g/L ;谷氨酸脱氢酶:10g/L ;NADH:14g/L ;聚丙烯胺盐酸盐:10g/L。
[0064]将所制备出的生物活性中空纳米纤维用于CO2合成甲醇。首先,向2mL的磷酸盐缓冲液中持续通入CO2气体,加入上述制得的生物活性中空纳米纤维膜50mg,维持反应器压力为0.3MPa,150rpm,37°C条件下反应10小时,每隔一定的时间,取出20 μ L的反应液进行甲醇检测。
[0065]实施例6:
[0066]本实施例描述一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维的制备方法。
[0067]将一定浓度的多酶体系水溶液和一定浓度的聚丙烯胺盐酸盐水溶液等体积充分混合,150rpm震荡15min,与甘油以20:80的体积比充分混合均勾,加入到5mL的进样器,作为同轴共纺的内相电纺液;将聚氨酯溶于N,N- 二甲基乙酰胺中,充分溶解配成重量百分比为25%的溶液,作为同轴共纺的外相电纺液,加入到另一 5mL的进样器中;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,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。调节喷丝头到接收板间的距离为25cm,电压为20kV。利用注
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