CN107083409A - 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用 - Google Patents

碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107083409A
CN107083409A CN201710205350.5A CN201710205350A CN107083409A CN 107083409 A CN107083409 A CN 107083409A CN 201710205350 A CN201710205350 A CN 201710205350A CN 107083409 A CN107083409 A CN 107083409A
Authority
CN
China
Prior art keywords
changeable
switching mode
carbon dioxide
hydrophilic
hydrophilic solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710205350.5A
Other languages
English (en)
Inventor
田森林
刘相良
李英杰
宁平
胡晓君
常海玉
谢正哲
宋玉新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201710205350.5A priority Critical patent/CN107083409A/zh
Publication of CN107083409A publication Critical patent/CN107083409A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001Amines; Imines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/10Nitrogen as only ring hetero atom
    • C12P17/12Nitrogen as only ring hetero atom containing a six-membered hetero ring

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Printing Plates And Materials Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了碳酸苷酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用。碳酸酐酶在二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂转换过程中具有较强的催化能力,催化效率高,可加快二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂的切换速率,从而降低反应时间,降低能耗,并可循环使用,降低成本,减少对环境的影响。

Description

碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切 换速率中的应用
技术领域
本发明涉及碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用,属于催化剂领域。
背景技术
二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂是一类在通入和排出CO2后,其溶液性质能发生可逆变化的新型溶剂;当通入CO2后,其与水和CO2反应,生成可溶于水的碳酸氢盐,其性质由疏水性转变为亲水性,从而与水混溶;排出CO2后,碳酸氢盐分解,其性质再由亲水性恢复为原始的疏水性,与水分层。由于其独特的作用机理和智能化开关特性,因此一经报道便引起学术界的广泛关注,且在工业领域展现出巨大的潜力,如:从大豆中提取油片、回收聚苯乙烯泡沫、从微藻中提取有效脂质等。
二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂循环使用,可以节省70%的成本,但受困于转化速率慢,未得到大规模的应用。如何快速的进行切换,成为限制其在工业领域的重点研究课题。
碳酸酐酶(CA)是一类活性中心含有锌离子的金属酶,可通过生物提取、人工合成、基因重组得到。碳酸酐酶主要应用在CO2的封存和捕集。目前,尚无利用碳酸酐酶加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率的报道。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用,所述应用可以有两种方法:
方法一:(1)在20-60℃,优选25-40℃,向盛有二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水的反应器内加入碳酸酐酶,碳酸酐酶与水的比例为15-75mg/L,以10-450rpm的速率搅拌;(2)向步骤(1)制得的体系中通入0.01-3MPa的CO2,待到二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水完全混溶,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由疏水态转变为亲水态;然后通入N2、Ar、He等惰性气体或空气,至二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水分离恢复原体积比,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由亲水态恢复为疏水态,完成切换过程。
方法二:(1)在20-80℃下,将碳酸酐酶溶于水中,碳酸酐酶与水的比例为15-75mg/L,以10-450rpm的速率搅拌,制成酶液;(2)将二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂与酶液混合,形成两相溶剂;(3)向下层溶剂内通入0.01-3MPa的CO2气体,待二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和酶液完全混溶,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由疏水态转变为亲水态;然后通入N2、Ar、He等惰性气体或空气,至二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和酶液分离恢复原体积比,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由亲水态恢复为疏水态,完成切换过程。
二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂包括:胺类二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂;胍类二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂;脒类二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂。
本发明的优点是:
(1)本发明使二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂更快的与水和CO2反应,大大缩短了切换时间;
(2)本发明中碳酸酐酶可以循环使用,多次循环之后仍能保持较好的稳定性,可以更好地节约成本;
(3)采用方法二可使碳酸酐酶充分溶解,最大程度的发挥碳酸酐酶的活性;
(4)本发明催化过程操作简单,且具有良好的前景;
(5)本发明可代替蒸馏中的挥发性物质,减少对环境的污染和能源的消耗;
(6)本发明提供了碳酸酐酶的一种新应用,扩大了碳酸酐酶的用途。
具体实施方式
实施例1、3、5、7所用碳酸酐酶购自sigma公司;实施例2、4、6、8所用碳酸酐酶为采用现有方法制备的,制备方法如下:将99.5%的EtOH缓慢滴加至1,4,7,10-四氮杂环十二烷中并搅拌,EtOH:1,4,7,10-四氮杂环十二烷=1:30mL/mg,约1.5-2h;在50-60℃下,将Zn(ClO4)2•6H2O缓慢溶于99.5%EtOH中,EtOH:Zn(ClO4)2•6H2O =1:65mL/mg,约1-2h;将步骤和步骤制得的产物混合,冷却至室温,过滤出白色粉末,用乙醇清洗,真空过滤,干燥得到产物。
实施例1
在25℃下,向盛有50mL N,N-二甲基苄胺(市购)和50mL水的反应器内加入0.75mg碳酸酐酶,以10rpm的速率搅拌;以15mL/min的速率向体系中通入0.01MPa的CO2,至N,N-二甲基苄胺和水完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-二甲基苄胺由疏水态转变为亲水态;然后通入N2,至N,N-二甲基苄胺和水分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-二甲基苄胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表1所示。
表1
由表1可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-二甲基苄胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例2
在30℃下,向盛有5mL N,N-二甲基己胺(市购)和50mL水的反应器内加入1.75mg碳酸酐酶,以50rpm的速率搅拌;以15mL/min的速率向体系中通入0.1MPa的CO2,至N,N-二甲基己胺和水完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-二甲基己胺由疏水态转变为亲水态;然后通入Ar,至N,N-二甲基己胺和水分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-二甲基己胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表2所示。
表2
由表2可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-二甲基己胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例3
在45℃,向盛有20mL N-乙基哌啶(市购)和50mL水的反应器内加入2.75mg碳酸酐酶,以150rpm的速率搅拌;以15mL/min的速率向体系中通入1MPa的CO2,至N-乙基哌啶和水完全混溶后,记录时间T1,此时N-乙基哌啶由疏水态转变为亲水态;然后通入He,至N-乙基哌啶和水分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N-乙基哌啶由亲水态恢复为疏水态;再次以15mL/min的速率向体系中通入1MPa的CO2,至N-乙基哌啶和水完全混溶后,记录时间T1;然后通入He,至N-乙基哌啶和水分离恢复原体积比,记录时间T2,重复循环两次,结果如表3所示。
表3
由表3可知,经过三次循环,N-乙基哌啶由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)变化不大,表明碳酸酐酶具有较好的循环稳定性。
实施例4
在60℃下,向盛有35mL N,N-二甲基苯乙胺(市购)和50mL水的反应器内加入3.75mg碳酸酐酶,以450rpm的速率搅拌;以15mL/min的速率向体系中通入3MPa的CO2,至N,N-二甲基苯乙胺和水完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-二甲基苯乙胺由疏水态转变为亲水态;然后通入空气,至N,N-二甲基苯乙胺和水分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-二甲基苯乙胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表4所示。
表4
由表4可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-二甲基苯乙胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例5
在20℃下,将碳酸酐酶溶于水中,碳酸酐酶与水的比例为25mg/L,以100rpm的速率搅拌,制成酶液;将N,N-二甲基环己胺与酶液混合,形成两相溶剂;向下层溶剂内通入0.05MPa的CO2气体,待N,N-二甲基环己胺和酶液完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-二甲基环己胺由疏水态转变为亲水态;然后通入N2,至N,N-二甲基环己胺和酶液分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-二甲基环己胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表5所示。
表5
由表5可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-二甲基环己胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例6
在40℃下,将碳酸酐酶溶于水中,碳酸酐酶与水的比例为45mg/L,以200rpm的速率搅拌,制成酶液;将N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺与酶液混合,形成两相溶剂;向下层溶剂内通入0.5MPa的CO2气体,待N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺和酶液完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺由疏水态转变为亲水态;然后通入Ar,至N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺和酶液分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表6所示。
表6
由表6可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-硫酸二乙酯-N-甲胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例7
在60℃下,将碳酸酐酶溶于水中,碳酸酐酶与水的比例为65mg/L,以250rpm的速率搅拌,制成酶液;将N,N-乙烷-N-环己胺与酶液混合,形成两相溶剂;向下层溶剂内通入2MPa的CO2气体,待N,N-乙烷-N-环己胺和酶液完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-乙烷-N-环己胺由疏水态转变为亲水态;然后通入He,至N,N-乙烷-N-环己胺和酶液分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-乙烷-N-环己胺由亲水态恢复为疏水态。
设置一组对照组,不加碳酸酐酶,其它实验条件相同,结果如表7所示。
表7
由表7可知,添加了碳酸酐酶的实验组,N,N-乙烷-N-环己胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)均大大缩短。
实施例8
在80℃下,将碳酸酐酶溶于水中,碳酸酐酶与水的比例为70mg/L,以350rpm的速率搅拌,制成酶液;将N,N-乙烷-N-己胺与酶液混合,形成两相溶剂;向下层溶剂内通入2.5MPa的CO2气体,待N,N-乙烷-N-己胺和酶液完全混溶后,记录时间T1,此时N,N-乙烷-N-己胺由疏水态转变为亲水态;然后通入空气,至N,N-乙烷-N-己胺和酶液分离恢复原体积比,记录时间T2,此时N,N-乙烷-N-己胺由亲水态恢复为疏水态;再次以15mL/min的速率向体系中通入2.5MPa的CO2,至N,N-乙烷-N-己胺和酶液完全混溶后,记录时间T1;然后通入空气,至N,N-乙烷-N-己胺和酶液分离恢复原体积比,记录时间T2,重复循环两次,结果如表8所示。
表8
由表8可知,经过三次循环,N,N-乙烷-N-己胺由疏水态转变为亲水态的时间(T1)和由亲水态恢复为疏水态的时间(T2)变化不大,表明碳酸酐酶具有较好的循环稳定性。

Claims (6)

1.碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在20-60℃下,向盛有二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水的反应器内加入碳酸酐酶,搅拌;
(2)向步骤(1)制得的体系中通入CO2,待到二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水完全混溶,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由疏水态转变为亲水态;然后通入惰性气体或空气,至二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和水分离恢复原体积比,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由亲水态恢复为疏水态,完成切换过程。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,步骤(1)的温度为25-40℃。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在20-80℃下,将碳酸酐酶溶于水中,搅拌,制成酶液;
(2)将二氧化碳开关型亲水性溶剂与酶液混合,形成两相溶剂;
(3)向下层溶剂内通入CO2气体,待二氧化碳开关型可逆溶剂和酶液完全混溶,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由疏水态转变为亲水态;然后通入惰性气体或空气,至二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂和酶液分离恢复原体积比,此时二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂由亲水态恢复为疏水态,完成切换过程。
5.根据权利要求2或4所述的应用,其特征在于,碳酸酐酶与水的比例为15-75mg/L。
6.根据权利要求2或4所述的应用,其特征在于,搅拌速率为10-450rpm。
CN201710205350.5A 2017-03-31 2017-03-31 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用 Pending CN107083409A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710205350.5A CN107083409A (zh) 2017-03-31 2017-03-31 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710205350.5A CN107083409A (zh) 2017-03-31 2017-03-31 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107083409A true CN107083409A (zh) 2017-08-22

Family

ID=59614649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710205350.5A Pending CN107083409A (zh) 2017-03-31 2017-03-31 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107083409A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622173A (en) * 1984-12-31 1986-11-11 Colgate-Palmolive Co. Non-aqueous liquid laundry detergents containing three surfactants including a polycarboxylic acid ester of a non-ionic
CN102232004A (zh) * 2008-09-29 2011-11-02 埃克民公司 加速捕捉二氧化碳的方法
CN105498280A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 天津大学 一种亲水性可逆溶剂辅助油砂分离的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622173A (en) * 1984-12-31 1986-11-11 Colgate-Palmolive Co. Non-aqueous liquid laundry detergents containing three surfactants including a polycarboxylic acid ester of a non-ionic
CN102232004A (zh) * 2008-09-29 2011-11-02 埃克民公司 加速捕捉二氧化碳的方法
CN105498280A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 天津大学 一种亲水性可逆溶剂辅助油砂分离的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIONG D ET AL.: "Reversible Hydrophobic–Hydrophilic Transition of Ionic Liquids Driven by Carbon Dioxide", 《ANGEWANDTE CHEMIE》 *
王九霞等: "CO2开关型溶剂、溶质及表面活性剂", 《化学进展》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105693750B (zh) 一种环保金属有机骨架材料的快速制备
Quek et al. Amidine functionality as a stimulus-responsive building block
CN202898377U (zh) 沼气脱碳同步制备纳米碳酸钙的装置
CN102532375B (zh) 一种聚丙烯酰胺微球
CN104707579A (zh) 一种用于重金属及染料吸附的超支化聚醚胺接枝go吸附剂的制备及应用
CN109092242A (zh) 利用磁性粉体铝基锂吸附剂从卤水中提取锂的方法
CN103509199B (zh) 钻井液用聚合物溶胀微粒及其制备方法
Ahmad et al. Porous liquids–Future for CO2 capture and separation?
CN107815300A (zh) 一种含油污泥调剖堵剂及其制备方法
CN110449140A (zh) 油页岩半焦稳定Pickering乳液制备多孔吸附材料的方法
CN107456954A (zh) 一种改性多孔磁性丝瓜络复合微球的制备方法
CN104437290A (zh) 一种复配型气体水合物生成促进剂及其制备方法
CN105461846A (zh) 一种去除重金属离子的磁性丙烯酸系多胺树脂及其制备方法
CN104707580B (zh) 一种重金属萃取剂微胶囊的制备方法及其在重金属废水处理中的应用
CN105294957B (zh) 一种基于木质素制备高醛基含量高分子微球的方法
CN107083409A (zh) 碳酸酐酶在用于加速二氧化碳开关型可切换的亲水性溶剂切换速率中的应用
CN105087960A (zh) 一种微乳液萃取分离镍钴的方法
CN112063857A (zh) 一种从卤水中萃取锂的方法
CN109929076A (zh) 一种pvc抗冲改性剂不透明高抗冲mbs及其制备方法
CN109312021B (zh) 用于生产酰胺甲基化的乙烯基芳香族珠状聚合物的方法
CN113583293A (zh) 一种回收聚合物中全氟-2-(2-硫酰氟乙氧基)丙基乙烯基醚的方法
CN106756104A (zh) 一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法
CN115738892B (zh) 一种球形组合锂吸附剂及其造粒方法
CN102731704A (zh) 细乳液模板法制备开孔型亚微米多孔聚合物材料的方法
CN102267708B (zh) 一种结晶法制备碳酸锂纳米颗粒的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170822

RJ01 Rejection of invention patent application after publication