CN111172203B - 一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，属于酶催化反应领域。本发明的目的是提供一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法；该方法通过添加PDA/PEI‑SiO2‑CA加速酶催化二氧化碳转化为甲酸。由于作为载体的PDA/PEI‑SiO2和CA二者均可以加速酶催化二氧化碳转化为甲酸，CA还可以克服PDA/PEI‑SiO2重复利用性差的缺点，二者的协同作用最终取得了前所未有的加速效果和优异的重复利用性。

Description

一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法
技术领域
本发明涉及一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，属于酶催化反应领域。
背景技术
CO2是最重要的温室气体之一，因其大量排放致使全球气温增加。CO2催化加氢或与其它原料反应合成高附加值的化学品是温室气体再利用的一条重要途径。与通常在高温高压下进行的传统催化反应工艺相比，酶催化法具有高效、高选择性、反应条件温和、对环境无污染等优点，符合当今社会的发展趋势。
以CO2为原料或者原料之一，在酶催化作用下，可合成甲酸、甲醇、苹果酸、异柠檬酸、天门冬氨酸等。其中一种路线是以CO2为原料，在甲酸脱氢酶(FDH)催化下，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原态(NADH)作为氢供体，CO2可被高度选择性地还原为甲酸(见公式1)。但由于CO2在温和条件下水溶液体系中溶解度较低，大大限制了反应速率。
Figure BDA0002333440730000011
在常温常压(或者略高于常压)的温和条件下，可以采用两种途径对这个反应过程进行强化。
(一)用另一种酶来加速反应
文献(Wang Y,Li M,Zhao Z,et al.Effect of carbonic anhydrase onenzymatic conversion of CO2 to formic acid and optimization of reactionconditions[J].Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,2015,116:89-94.)中曾提出可采用另一种酶——碳酸酐酶(CA)来加速酶催化CO2合成甲酸的过程。这种酶可以催化两类反应，一类是CO2水合反应或其逆反应(见公式2)；另一类是酯水解反应或其逆反应，常见的是催化乙酸对硝基苯酯(p-NPA)水解生成对硝基苯酚(p-NP)的反应。在应用于CO2捕集领域时，利用的是前一种性质，即催化CO2水合反应。
Figure BDA0002333440730000012
通常情况下，CO2从气相进入液相与水发生水合反应，转化成碳酸氢根离子，但这个过程很慢。在CA的催化下，这个过程能大大加快。但是游离态的CA对环境比较敏感，非常容易失去催化活性，并且不方便回收利用。人们常采用酶固定化的手段来改善酶的稳定性和方便回收。
王彩红等人提出二氧化硅(SiO2)微球为载体(文献：王彩红，孙婧，季书馨，等.聚乙烯亚胺/多巴胺改性氧化硅固定碳酸酐酶[J].化工学报.2019,70(5)：1887-1893.)，采用简单温和的多巴胺(DA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积法对载体进行表面改性后，得到聚多巴胺(PDA)和PEI共同改性的SiO2，命名为PDA/PEI-SiO2(见附图1)。再通过戊二醛(GA)将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到固定化酶，命名为PDA/PEI-SiO2-CA(见附图2)，然后将其用于催化酯水解反应。在使用过程中，PDA/PEI-SiO2只作为CA的载体，并没有起到促进反应的作用，相反，还会使CA的催化活性降低。
(二)用一种可以吸附CO2的材料来加速反应
文献(Wang Y Z,Chen Y Z,Wang C H,et al.Polyethylenimine-modifiedmembranes for CO2capture and in situ hydrogenation[J].ACS Applied Materials&Interfaces,2018,10(34):29003-29009.)报道了一种聚乙烯亚胺(PEI)改性材料：以聚乙烯(PE)膜为基体，先用聚丙烯酸(PAA)接枝改性引入羧基，然后再通过羧基和氨基的静电作用，在膜表面引入带有大量氨基的聚乙烯亚胺(PEI)分子，最终制备的材料命名为PAA/PEI-PE(见附图3)。考察了该材料对酶催化CO2合成甲酸反应的促进作用，发现与不加该材料的对照体系相比，反应速率提高到原来的24.6倍。促进的原理是由于富含氨基的PEI对CO2有很强的吸附作用，所吸附的一部分CO2可以在FDH酶催化的作用下，生成甲酸。
但这种材料的重复利用性很差。如果仅用缓冲液简单冲洗，第二次使用时，效果降低一半以上。原因可能是在使用过后，PEI的相当一部分氨基仍被CO2占据而不能被利用，需要用碱性足够高(pH＝11.55)的氨水浸泡才能再次使用。然而，即使用这么极端的条件再生，重复使用10次后，反应速率仍然降为第一次的65.7％。
综上所述，第一种强化途径通过加入游离态的CA，可使酶催化CO2合成甲酸反应速率提高到空白体系的4.2倍，但是游离态的CA不稳定且不方便回收利用。已有文献报道固定化CA及其应用，但在应用过程中，载体只起到使酶“固定化”的作用和方便重复利用，并没有起到促进反应的作用，相反，固定化后，酶活性均有较大程度的降低。第二种强化途径是将PEI改性的PE膜材料添加到酶催化CO2合成甲酸体系，可获得比第一种途径更好的促进效果，反应速率可提高到空白体系的24.6倍，但需要用强碱再生后才能重复利用，条件过于苛刻。
发明内容
本发明的目的是提供一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法；该方法通过添加PDA/PEI-SiO2-CA加速酶催化二氧化碳转化为甲酸。由于作为载体的PDA/PEI-SiO2和CA二者均可以加速酶催化二氧化碳转化为甲酸，CA还可以克服PDA/PEI-SiO2重复利用性差的缺点，二者的协同作用最终取得了前所未有的加速效果和优异的重复利用性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。反应结束后，离心去除上清液，对沉淀用缓冲溶液反复洗涤、离心2～3次，即可重复利用。
所述酶催化CO2转化为甲酸的反应体系包含FDH和NADH，反应在缓冲溶液中进行。
所述的FDH用量为0.01～10mg/mL，优选0.1～5mg/mL。
所述的NADH浓度为0.1～200mM，优选1～100mM。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.01～1g/mL，优选0.05～0.5g/mL。
所述的缓冲溶液为Tris-HCl缓冲液或者磷酸盐缓冲液。
所述的缓冲溶液，pH值为5～8，优选6～7。
所述的缓冲溶液，浓度为0.01～0.5M，优选0.02～0.2M。
所述的反应温度为20～45℃，优选30～40℃。
所述的压力为0.1～10MPa,优选0.5～2MPa。
所述的振荡器转速为50～250rpm，优选100～200rpm。
所述的反应时间为2～120min，优选10～60min。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。
制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。
所述的CA的用量为0.1～10mg/mL，优选0.5～5mg/mL。
所述的GA的用量不大于1wt％，优选0.01～0.5wt％。
所述PDA/PEI-SiO2的用量为0.01～1g/mL，优选0.05～0.5g/mL。
所述的缓冲溶液，可以是Tris-HCl缓冲液，也可以是磷酸盐缓冲液。
所述的缓冲溶液，pH值为6.5～9.0，优选7.0～8.5。
所述的缓冲溶液，浓度为0.01～0.5M，优选0.02～0.2M。
所述的反应温度为4～40℃，优选20～30℃。
所述的振荡器转速为50～200rpm，优选100～150rpm。
所述的反应时间为6～36h，优选10～24h。
所述的离心转速为5000～14000rpm，优选8000～12000rpm。
所述的离心时间为5～20min，优选8～15min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法是：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。
制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。
所述的SiO2微球尺寸范围为10nm～10μm。
所述的SiO2的用量为0.01～1g/mL。
所述的DA的用量为0.1～10mg/mL。
所述的PEI分子量为100～10000Da。
所述的PEI的用量为0.1～10mg/mL。
所述的缓冲溶液，可以是Tris-HCl缓冲液，也可以是磷酸盐缓冲液。
所述的缓冲溶液，pH值为8.0～9.0。
所述的缓冲溶液，浓度为0.01～0.5M。
所述的超声时间为5～60min。
所述的搅拌转速为100～400rpm。
所述的反应温度为10～40℃。
所述的反应时间为0.5～24h。
所述的离心转速为5000～16000rpm。
所述的离心时间为5～30min。
所述的干燥温度为40～80℃，时间为12～24h。
有益效果
1、现有技术采用PAA/PEI-PE膜来加速酶催化CO2合成甲酸反应，反应速率提高到加入前的24.6倍，核心是富含氨基的PEI的引入。但该材料制备过程需要两步：首先需要采用操作步骤比较繁琐的光接枝改性，在PE膜表面引入PAA，然后再用PEI改性。本发明采用DA和PEI共沉积一步法就可实现材料的制备，制备方法大大简化，操作简单易行。本发明所制备的PDA/PEI-SiO2微球加入酶催化CO2合成甲酸反应体系中，可使反应速率提高到加入前的27.2倍。
2、现有技术采用PAA/PEI-PE膜来加速酶催化CO2合成甲酸反应，反应速率提高到加入前的24.6倍，但重复利用性很差。如果仅用缓冲液简单洗涤，第二次使用时，效果降低一半以上。用强碱再生后虽然可以大大改善重复利用性，但条件过于苛刻，且使用10次后，反应速率降为第一次的65.7％。本发明采用PDA/PEI-SiO2-CA来加速酶催化CO2合成甲酸反应，反应速率提高到加入前的47倍，且不需要任何再生处理，用缓冲液简单洗涤后即可重新利用，重复使用10次后，保留了95％的活性。
3、现有技术采用游离态的CA来加速酶催化CO2合成甲酸反应，反应速率只能提高到加入前的4.2倍，且游离态的CA不稳定，也不方便回收利用。本发明首次将固定化CA用于加速酶催化CO2合成甲酸反应体系，方便回收利用，酶稳定性也可大大提高。
4、本发明的效果之所以大大超越了现有技术，是由于作为载体的PDA/PEI-SiO2和CA二者均可以加速酶催化CO2转化为甲酸，且相互可以弥补各自的缺点。固定化CA克服了游离CA不稳定和不方便重复使用的缺点，CA则由于具有促进PDA/PEI-SiO2吸附和脱附CO2的双重效果，因而可以克服PDA/PEI-SiO2重复利用性差的缺点。二者的协同作用最终取得了前所未有的加速效果和优异的重复利用性。
附图说明
图1为PDA/PEI-SiO2的制备路线；
图2为PDA/PEI-SiO2-CA的制备路线；
图3为PAA/PEI-PE的制备路线；
图4为对照体系(酶催化CO2合成甲酸)、加入PDA/PEI-SiO2的体系以及加入PDA/PEI-SiO2-CA的体系反应初速度的对比；
图5为对照体系(酶催化CO2合成甲酸)、PDA/PEI-SiO2第一次使用的体系以及第二次和第三次使用的体系反应初速度的对比；
图6为PDA/PEI-SiO2-CA在酶催化CO2合成甲酸体系应用时的重复利用性(以第一次的反应初速度作为100％，计算每次使用时的相对活性)。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。所述反应体系包含1mg/mL FDH和50mM NADH，反应在浓度为0.05M磷酸盐缓冲液(pH6.0)中进行，温度为37℃，压力0.5MPa，振荡器转速170rpm；PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.2g/mL，反应10min后，甲酸产量为0.235mM，反应速率是1.41mM/h，是对照实验体系的47倍(见附图4)。
无任何添加的对照实验体系在反应10min后的甲酸产量为0.05mM；添加相同质量(0.2g/mL)PDA/PEI-SiO2的体系，反应10min后的甲酸产量为0.1mM，是对照体系的20倍；添加0.4g/mL的PDA/PEI-SiO2的体系，反应初速度可提高至对照体系的27.2倍。说明PDA/PEI-SiO2对酶催化CO2转化为甲酸具有很好的催化作用。但重复利用性不好，用磷酸盐缓冲液简单冲洗后，第二次使用时，效果降低一半以上(见附图5)。
将PDA/PEI-SiO2-CA从反应液中离心分离后，用0.05M磷酸盐缓冲液(pH6.0)洗涤2～3次后再次使用，使用第10次时，效果为第一次使用时的95％(见附图6)。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。CA的用量为0.8mg/mL，GA的用量为0.1wt％，PDA/PEI-SiO2的用量为0.2g/mL。缓冲溶液为0.05M磷酸盐缓冲液，pH值为7.5，振荡器转速为130rpm，反应温度为25℃，反应时间20h。离心转速12000rpm，离心时间为10min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。SiO2微球尺寸为5μm，用量为0.1g/mL，DA的用量为2mg/mL，PEI分子量为600Da，用量为2mg/mL，缓冲溶液采用Tris-HCl缓冲液，pH值为8.5，浓度为0.05M，超声时间为10min，搅拌转速为100rpm，反应温度为30℃，反应时间12h。离心转速为12000rpm，离心时间为10min。干燥温度为60℃，时间为12h。
实施例2
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。反应体系包含0.2mg/mL FDH和100mM NADH，反应在浓度为0.1M磷酸盐缓冲液(pH6.5)中进行，温度为30℃，压力2MPa，振荡器转速120rpm，PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.5g/mL，反应30min后，甲酸产量0.142mM，反应速率是0.852mM/h，是加入PDA/PEI-SiO2-CA之前的30倍。将PDA/PEI-SiO2-CA从反应液中离心分离后，用0.1M磷酸盐缓冲液(pH6.5)洗涤2～3次后再次使用，使用第10次时，效果为第一次使用时的93％。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。CA的用量为5mg/mL，GA的用量为0.2wt％，PDA/PEI-SiO2的用量为0.05g/mL。缓冲溶液为0.15M磷酸盐缓冲液，pH值为7.5，振荡器转速为100rpm，反应温度为20℃，反应时间14h。离心转速8000rpm，离心时间为15min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。SiO2微球尺寸为200nm，用量为0.05g/mL，DA的用量为2mg/mL，PEI分子量为1800Da，用量为4mg/mL，缓冲溶液采用Tris-HCl缓冲液，pH值为8.3，浓度为0.2M，超声时间为30min，搅拌转速为200rpm，反应温度为20℃，反应时间12h。离心转速为12000rpm，离心时间为20min。干燥温度为50℃，时间为20h。
实施例3
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。反应体系包含2mg/mL FDH和10mM NADH，反应在浓度为0.2M磷酸盐缓冲液(pH6.8)中进行，温度为40℃，压力1MPa，振荡器转速150rpm，PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.4g/mL，反应20min后，甲酸产量0.314mM，反应速率是0.942mM/h，是加入PDA/PEI-SiO2-CA之前的42倍。将PDA/PEI-SiO2-CA从反应液中离心分离后，用0.2M磷酸盐缓冲液(pH6.8)洗涤2～3次后再次使用，使用第10次时，效果为第一次使用时的96％。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。CA的用量为2mg/mL，GA的用量为0.1wt％，PDA/PEI-SiO2的用量为0.1g/mL。缓冲溶液为0.1M磷酸盐缓冲液，pH值为7.2，振荡器转速为140rpm，反应温度为25℃，反应时间12h。离心转速10000rpm，离心时间为15min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。SiO2微球尺寸为500nm，用量为0.2g/mL，DA的用量为5mg/mL，PEI分子量为800Da，用量为3mg/mL，缓冲溶液采用Tris-HCl缓冲液，pH值为8.4，浓度为0.05M，超声时间为20min，搅拌转速为250rpm，反应温度为20℃，反应时间10h。离心转速为10000rpm，离心时间为15min。干燥温度为40℃，时间为24h。
实施例4
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。反应体系包含5mg/mL FDH和1mM NADH，反应在浓度为0.02M磷酸盐缓冲液(pH7)中进行，温度为35℃，压力0.8MPa，振荡器转速140rpm，PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.1g/mL，反应10min后，甲酸产量0.120mM，反应速率是0.720mM/h，是加入PDA/PEI-SiO2-CA之前的18倍。将PDA/PEI-SiO2-CA从反应液中离心分离后，用0.02M磷酸盐缓冲液(pH7)洗涤2～3次后再次使用，使用第10次时，效果为第一次使用时的97％。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。CA的用量为3mg/mL，GA的用量为0.3wt％，PDA/PEI-SiO2的用量为0.3g/mL。缓冲溶液为0.2M磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，振荡器转速为120rpm，反应温度为28℃，反应时间16h。离心转速11000rpm，离心时间为12min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。SiO2微球尺寸为1μm，用量为0.4g/mL，DA的用量为1mg/mL，PEI分子量为1200Da，用量为1mg/mL，缓冲溶液采用磷酸盐缓冲液，pH值为8.8，浓度为0.15M，超声时间为15min，搅拌转速为180rpm，反应温度为30℃，反应时间2h。离心转速为10000rpm，离心时间为15min。干燥温度为50℃，时间为20h。
实施例5
一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，在酶催化CO2转化为甲酸的反应体系中，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持一定压力，在恒温振荡器内反应。反应体系包含0.5mg/mL FDH和80mM NADH，反应在浓度为0.15M磷酸盐缓冲液(pH6.2)中进行，温度为30℃，压力1.5MPa，振荡器转速160rpm，PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.3g/mL，反应60min后，甲酸产量0.450mM，反应速率是0.450mM/h，是加入PDA/PEI-SiO2-CA之前的36倍。将PDA/PEI-SiO2-CA从反应液中离心分离后，用0.15M磷酸盐缓冲液(pH6.2)洗涤2～3次后再次使用，使用第10次时，效果为第一次使用时的94％。
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面，得到PDA/PEI-SiO2-CA。制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止。CA的用量为4mg/mL，GA的用量为0.4wt％，PDA/PEI-SiO2的用量为0.4g/mL。缓冲溶液为0.05M磷酸盐缓冲液，pH值为7.3，振荡器转速为130rpm，反应温度为22℃，反应时间18h。离心转速9000rpm，离心时间为10min。
所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性。制备步骤为：称取一定质量的SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理一段时间，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥。SiO2微球尺寸为2μm，用量为0.5g/mL，DA的用量为2mg/mL，PEI分子量为4000Da，用量为4mg/mL，缓冲溶液采用Tris-HCl缓冲液，pH值为8.6，浓度为0.12M，超声时间为10min，搅拌转速为280rpm，反应温度为30℃，反应时间6h。离心转速为12000rpm，离心时间为10min。干燥温度为70℃，时间为12h。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可大大加速酶催化二氧化碳转化为甲酸反应的方法，其特征在于：在缓冲溶液中进行酶催化CO2转化为甲酸的反应时，加入PDA/PEI-SiO2-CA，然后通入CO2气体并保持压力，在恒温振荡器内反应；所述PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.01～1g/mL；反应结束后，离心去除上清液，对沉淀用缓冲溶液反复洗涤、离心2～3次，即可重复利用；
所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备方法是：以PDA/PEI-SiO2为载体，通过GA将CA通过共价键固定到PDA/PEI-SiO2的表面；
所述酶催化CO2转化为甲酸的反应体系包含FDH和NADH；所述的FDH用量为0.01～10mg/mL；所述的NADH浓度为0.1～200mM；所述的反应体系温度为20～45℃，所述的压力为0.1～10MPa,所述的反应时间为2～120min，所述的振荡器转速为50～250rpm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述PDA/PEI-SiO2的制备方法为：以SiO2微球为载体，采用DA和PEI共沉积法对SiO2进行表面改性；
具体制备步骤为：称取SiO2粉末，加入缓冲溶液中，超声处理后，再依次加入DA和PEI，搅拌下反应一段时间，然后离心、用去离子水洗涤至上清液无色透明为止，最后在真空烘箱内干燥；所述的SiO2的用量为0.01～1g/mL；所述的DA的用量为0.1～10mg/mL；所述的PEI的用量为0.1～10mg/mL。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的缓冲溶液，为Tris-HCl缓冲液，或者磷酸盐缓冲液；所述的缓冲溶液的pH值为5～8；所述的缓冲溶液的浓度为0.01～0.5M。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：所述的缓冲溶液的pH值为6～7；所述的缓冲溶液的浓度为0.02～0.2M；所述的反应体系温度为30～40℃；所述的压力为0.5～2MPa；所述的反应时间为10～60min；所述的振荡器转速为100～120rpm；所述的FDH用量为0.1～5mg/mL；所述的NADH浓度为1～100mM；所述PDA/PEI-SiO2-CA的用量为0.05～0.5g/mL。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述PDA/PEI-SiO2-CA的制备步骤为：称取一定质量CA溶于缓冲溶液中，然后加入PEI/PDA-SiO2和GA，在恒温振荡器内反应一段时间后，用缓冲溶液洗涤、离心，重复洗涤和离心的步骤直至溶液中测不到CA为止；所述的CA的用量为0.1～10mg/mL，所述的GA的用量不大于1wt％，所述PDA/PEI-SiO2的用量为0.01～1g/mL。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的CA的用量为0.5～5mg/mL；所述的GA的用量为0.01～0.5wt％；所述PDA/PEI-SiO2的用量为0.05～0.5g/mL；所述的缓冲溶液，可以是Tris-HCl缓冲液，也可以是磷酸盐缓冲液。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的缓冲溶液的浓度为0.01～0.5M，所述的振荡器转速为50～200rpm，所述的反应时间为6～36h，所述的离心转速为5000～14000rpm，所述的离心时间为5～20min。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的缓冲溶液的浓度为0.02～0.2M；所述的振荡器转速为100～150rpm；所述的反应时间为10～24h；所述的反应温度为20～30℃；所述的离心转速为8000～12000rpm；所述的离心时间为8～15min。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的SiO2微球尺寸范围为10nm～10μm，所述的PEI分子量为100～10000Da，所述的缓冲溶液，可以是Tris-HCl缓冲液，也可以是磷酸盐缓冲液；所述的缓冲溶液的浓度为0.01～0.5M，所述的超声时间为5～60min，所述的搅拌转速为100～400rpm；所述的反应时间为0.5～24h；所述的反应温度为10～40℃；所述的离心转速为5000～16000rpm；所述的离心时间为5～30min；所述的干燥时间为12～24h，温度为40～80℃。
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