CN114100688A - 一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 - Google Patents
一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114100688A CN114100688A CN202111375571.XA CN202111375571A CN114100688A CN 114100688 A CN114100688 A CN 114100688A CN 202111375571 A CN202111375571 A CN 202111375571A CN 114100688 A CN114100688 A CN 114100688A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- flue gas
- sodium carbonate
- immobilized
- bionic
- 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
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 122
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title claims abstract description 25
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 10
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 77
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 102000003846 Carbonic anhydrases Human genes 0.000 claims abstract description 36
- 108090000209 Carbonic anhydrases Proteins 0.000 claims abstract description 36
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 claims abstract description 5
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 10
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 claims description 8
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 claims description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 13
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- -1 monoethanolamine Chemical class 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
- B01J31/18—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
- B01J31/1805—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing nitrogen
- B01J31/181—Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine
- B01J31/1815—Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine with more than one complexing nitrogen atom, e.g. bipyridyl, 2-aminopyridine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/30—Alkali metal compounds
- B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/60—Inorganic bases or salts
- B01D2251/606—Carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
- B01J2531/20—Complexes comprising metals of Group II (IIA or IIB) as the central metal
- B01J2531/26—Zinc
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
本发明利用仿生的原理，合成了一种具有天然碳酸酐酶活性的仿生材料，并将其应用于烟道气二氧化碳的捕集。其特征在于先在常温常压的条件下水相合成固定化仿生酶ZIF‑8，然后对烟道气进行净化降温处理，降温后将含有二氧化碳的烟道气通入含有仿生酶的碳酸钠溶液中，二氧化碳与碳酸钠发生反应，将碳酸钠溶液转换为碳酸氢钠溶液，仿生酶的存在可以加快二氧化碳的吸收转化速率，随后对碳酸氢钠溶液进行加热或减压处理收集纯的二氧化碳，仿生酶加速此过程中二氧化碳的解吸。本发明工艺简单，不会对环境造成二次污染，适用于现有化工厂、电厂的烟道气二氧化碳捕集。
Description
(一)技术领域
本发明涉及二氧化碳减排领域，是一种基于仿生酶催化的二氧化碳捕集的新方法。
(二)背景技术
因为化石燃料的大量使用，二氧化碳的浓度逐年上升，气候问题已经成为21世纪的首要问题。碳捕集与封存技术(CCS)是减少大气中二氧化碳排放的有效策略。在不同的CCS策略中，燃烧后捕集技术因为其技术成熟，可以容易的改造到二氧化碳源头等优点得到了工业部门的广泛应用。其中，胺法是公认为最有效的燃烧后二氧化碳捕获技术。然而，价格昂贵，对环境不友好是其存在的问题。
碳酸酐酶是一种含锌金属酶，可以有效的催化二氧化碳的水合，其单个酶分子每秒可以催化106个二氧化碳分子。CA的催化效率比单乙醇胺等常规胺类的催化效率高近4000倍，同时具有能耗低的优点。因此，用碳酸酐酶来处理二氧化碳是十分有前景的。但是酶的成本，酶的生产，酶的稳定性是其存在的潜在问题。酶模拟物具有多种理想的优势，例如可调节的分子结构和催化效率、对苛刻实验条件的高耐受性、较低的成本以及纯合成的制备方法等。因此，仿生酶有可能成为未来大规模处理二氧化碳的有利选择。因此发明一种具有天然碳酸酐酶催化性能的仿生酶，同时能够将其应用到二氧化碳捕集工艺中显得具有意义。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种固定化仿生碳酸酐酶的制备与应用，向碳酸钠吸收剂中加入一定比例的固定化仿生碳酸酐酶颗粒，不仅解决了吸收剂吸收速率慢的问题，也解决了天然碳酸酐酶稳定性差的问题。同时，用碳酸钠作为二氧化碳吸收剂，解决了传统胺液易产生污染、解吸能耗高的问题。多次循环的固定化仿生碳酸酐酶在保持高催化性能的同时，也能保持较高的稳定性，既节省了投入成本，又可以方便地实现仿生酶-吸收剂的分离，节省日常维护成本。本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种固定化的仿生碳酸酐酶，所述的固定化仿生碳酸酐酶按照如下的方法制备：分别配置醋酸锌水溶液以及2-甲基咪唑水溶液，将表面活性剂Triton X-100溶于醋酸锌水溶液中，此后，将含有Triton X-100的醋酸锌水溶液与2-甲基咪唑混合，在室温下搅拌30min使之充分混合，24h暗置反应，待反应结束后，离心，得到固定化仿生碳酸酐酶ZIF-8。
进一步，所述醋酸锌水溶液的浓度为100mM，所述2-甲基咪唑水溶液的浓度为1M。
进一步，所述醋酸锌水溶液与2-甲基咪唑水溶液的体积比为1：1。
进一步，所述的表面活性剂Triton X-100的浓度按照最终反应溶液的总体积来计算，为0.2—4mM。
本发明还提供一种固定化仿生碳酸酐酶制备的二氧化碳吸收剂的应用，所述的二氧化碳吸收剂是将固定化仿生碳酸酐酶与碳酸钠水溶液混合而成；所述吸收剂中碳酸钠的浓度为4M,固定化仿生碳酸酐酶的质量浓度为1g/mL，固定化仿生碳酸酐酶的尺寸为0.1—1.5μm。
本发明还提供一种所述二氧化碳吸收剂捕集烟道气中二氧化碳的方法，所述方法采用烟道气二氧化碳捕集系统进行捕集，所述烟道气二氧化碳补给系统由净化装置、降温装置、一次吸收塔、二次吸收塔、解吸塔、回收装置组成；烟道气依次进入净化装置，降温装置，一次吸收塔，二次吸收塔，然后在二次吸收塔进行排空；其中烟道气中的二氧化碳在一次吸收塔中被吸收剂吸收，形成碳酸氢钠溶液，烟道其中未被完全吸收的二氧化碳被二次吸收塔中的碳酸钠进一步吸收，一次吸收塔中的碳酸氢钠溶液导入解吸塔高温解析得到碳酸钠以及二氧化碳，产生的二氧化碳进入二氧化碳回收装置进行回收，解析后的碳酸钠溶液转入一次吸收塔进行重复利用。
进一步的，所述烟道气净化装置包括了烟道气脱硫系统、烟道气脱硝系统以及烟道气除尘系统。
进一步的，所述一次吸收塔和二次吸收塔均为喷淋式吸收塔。
进一步的，二次吸收塔中的碳酸钠pH下降至11后则导入一次吸收塔进行二次利用，二次解吸塔重新更换新的碳酸钠溶液。
与目前现有工艺相比，本工艺的优势之处有：
1、本发明利用固定化仿生碳酸酐酶强化碳酸钠吸收液，在同等条件下提高了二氧化碳的吸收速率以及吸收容量。用碳酸钠作为吸收剂，可以将二氧化碳转变成碳酸氢钠，生成的碳酸氢钠经烟道气余热加热即可得到二氧化碳以及碳酸钠，不仅实现了吸收剂碳酸钠的重复利用，而且整个工艺流程绿色环保。
2、本发明利用仿生碳酸酐酶来代替天然酶，不仅解决了天然酶价格昂贵、稳定性差的缺点，而且起到了与天然酶相似的催化二氧化碳水合的效果，同时，在解吸二氧化碳过程中也提到了关键作用。
3、本发明利用碳酸钠作为吸收剂，工艺流程可以实现碳酸钠的循环利用，不需要进行仿生酶—吸收剂的分离，一定程度上节省了维护的成本。
4、本发明中所述的仿生酶具有良好的稳定性，可以耐受高温，且重复利用后可以维持较好的催化性能。
(四)附图说明
图1本发明烟道气二氧化碳捕集系统
图2为固定化仿生碳酸酐酶XRD图谱
图3为固定化碳酸酐酶颗粒TEM图
图4为固定化碳酸酐酶催化二氧化碳水合图
(五)具体实施方法
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
固定化仿生碳酸酐酶的制备：
分别配置100mM醋酸锌水溶液以及1M 2-甲基咪唑水溶液，将表面活性剂TritonX-100溶于醋酸锌水溶液中，此后，将15mL含有Triton X-100的醋酸锌水溶液与15mL 2-甲基咪唑混合，在室温下搅拌30min使之充分混合，24h暗置反应，待反应结束后，离心，得到0.15g固定化仿生碳酸酐酶ZIF-8，其XRD图谱与TEM图见图2与图3。
实施例2：
固定化仿生碳酸酐酶的应用：
(1)将含有二氧化碳的烟道气进行净化，去除可见杂质，并进行脱硫脱硝处理；
(2)将处理后的烟道气经换热器将温度调整为60℃，然后将其通入一次吸收塔中，烟道气中的二氧化碳与塔内的仿生酶—碳酸钠溶液发生气液两相化学反应，仿生碳酸酐酶加快烟道气中二氧化碳的水合，提高碳酸钠吸收二氧化碳的速率，塔内的碳酸钠溶液吸收二氧化碳后转变成生成碳酸氢钠溶液；
(3)未被一次吸收塔中碳酸钠溶液完全吸收的二氧化碳经管道运输到二次吸收塔中，与碳酸钠溶液在二次吸收塔内发生气液两相化学反应，生成碳酸氢钠；
(4)当步骤(3)中的碳酸钠溶液pH下降至11后，将二次吸收塔内溶液输送至一次吸收塔内，二次吸收塔更换新的碳酸钠溶液；
(5)将一次吸收塔内完成吸收反应的溶液引入到解析塔内，利用(2)中处理烟道气的余热进行加热，碳酸氢钠受热分解释放出二氧化碳，与此同时，碳酸氢钠溶液转变为碳酸钠溶液；
(6)将步骤(4)中解吸后的碳酸钠热液导入一次吸收塔中进行循环利用；
(7)将步骤(5)中二次吸收塔中得到的碳酸钠溶液添加仿生碳酸酐酶后导入一次吸收塔进行重复利用；
(8)将步骤(4)分离出来的二氧化碳收集存储。
具体操作过程见图1。
实施例3：
固定化仿生碳酸酐酶的应用：
(1)制备4g/L的碳酸钠溶液300mL，加入20mg的固定化仿生碳酸酐酶；
(2)在反应容器中加入转子搅拌，使固定化仿生碳酸酐酶悬浮，增大与溶液中二氧化碳接触的表面积；
(3)将购买的二氧化碳气体以30mL/min的通气速率通入反应容器底部，使二氧化碳气体自下而上的进行传质；
(4)随着二氧化碳的持续通入，溶液中的碳酸钠会转变为碳酸氢钠，溶液中的pH会逐渐降低(图4)，与未添加固定化仿生酶的对照组相比，添加固定化仿生酶的催化效率提高了25％；
(5)将反应后的溶液进行离心分离，离心得到19.55mg固定化仿生碳酸酐酶，固定仿生酶的损失在2.25％，损失较少，且离心后的固定化仿生碳酸酐酶仍然具有较高的催化性能。
Claims (4)
1.一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
(1)常温常压下水相固定化仿生碳酸酐酶的制备，在制备的过程中用表面活性剂Triton X-100作为封端剂，调控仿生碳酸酐酶的粒径以及比表面积，以获得更多的具有催化活性的活性位点。
(2)将工厂排出烟道气导入烟道气净化系统，进行脱硫脱硝除尘操作；
(3)将净化后的烟道气用换热器或水洗涤的方法进行降温处理，温度控制在50-60℃后，自下而上通入一次吸收塔，与顶部喷淋而下的碳酸钠溶液进行逆向接触，在此过程中烟道气中的二氧化碳与碳酸钠溶液发生吸收反应，仿生碳酸酐酶的存在加速此反应的进行；
(4)为防止一次吸收塔不能完全吸收烟道气中的二氧化碳，将完成一次吸收的烟道气进行二次吸收，二次吸收的溶液为碳酸钠溶液，采用喷淋的方式对烟道气中的二氧化碳进行去除；
(5)将二次吸收后的烟道气进行排空；
(6)将一次吸收的溶液导入二氧化碳解吸系统，通过利用步骤(2)中换热器的余热进行80℃高温解吸，解吸后生成二氧化碳以及碳酸钠溶液，因为溶液pH的降低仿生碳酸酐酶同时会催化二氧化碳水合的逆反应，提高解吸速率；
(7)再生的二氧化碳通过蒸汽吹扫的方式进行分离，然后通过冷凝分离水蒸气和二氧化碳，由真空泵抽出二氧化碳进行储存；
(8)将步骤(6)中解吸生成的碳酸钠溶液无需进行降温步骤，重新导入一次吸收塔进行重复利用；
(9)检测二次吸收塔的吸收情况，若碳酸钠溶液的pH下降到11，则导入一次吸收塔操作，并更换新的二次吸收塔中的碳酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气捕集中的应用，其特征在于：步骤(1)中的固定化仿生碳酸酐酶的制备按照如下方法：分别配置醋酸锌溶液以及2-甲基咪唑溶液，将合适质量的表面活性剂Triton X-100溶入到已经配置好的醋酸锌溶液中，搅拌5min后加入到配置好的2-甲基咪唑中，搅拌30min，待反应结束后，离心得到固定化的仿生碳酸酐酶ZIF-8。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述表面活性剂在最终体系中的浓度为0.2-4mM，所用的表面活性剂不限于Triton X-100。
4.根据权利要求1所述的一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气捕集中的应用，其特征在于碳酸氢钠溶液可以通过减压系统进行二氧化碳的解吸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111375571.XA CN114100688A (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111375571.XA CN114100688A (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114100688A true CN114100688A (zh) | 2022-03-01 |
Family
ID=80397894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111375571.XA Pending CN114100688A (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114100688A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114984721A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 光大环境科技（中国）有限公司 | 烟气中二氧化碳的回收系统及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8647596B1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-02-11 | The Invention Science Fund I Llc | Systems and methods for managing emissions from an engine of a vehicle |
| CN105013292A (zh) * | 2014-04-28 | 2015-11-04 | 中国石油大学(北京) | 一种捕集混合气中co2的复合方法 |
| CN105149002A (zh) * | 2015-10-14 | 2015-12-16 | 太原理工大学 | Zif-8封装氨基离子液体型co2吸附-催化剂及制备方法 |
| CN108970360A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-11 | 山东师范大学 | 一种节能循环捕集烟气中二氧化碳的方法 |
| CN109012110A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-18 | 北京科技大学 | 一种利用氢氧化钠及碳酸钠捕集二氧化碳的方法 |
| CN110218721A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-10 | 浙江工业大学 | 一种高稳定固定化碳酸酐酶及其制备方法与应用 |
| CN113337497A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-03 | 天津大学 | 基于金属有机框架材料包埋碳酸酐酶的Pickering微囊的制备及应用 |
-
2021
- 2021-11-19 CN CN202111375571.XA patent/CN114100688A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8647596B1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-02-11 | The Invention Science Fund I Llc | Systems and methods for managing emissions from an engine of a vehicle |
| CN105013292A (zh) * | 2014-04-28 | 2015-11-04 | 中国石油大学(北京) | 一种捕集混合气中co2的复合方法 |
| CN105149002A (zh) * | 2015-10-14 | 2015-12-16 | 太原理工大学 | Zif-8封装氨基离子液体型co2吸附-催化剂及制备方法 |
| CN108970360A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-11 | 山东师范大学 | 一种节能循环捕集烟气中二氧化碳的方法 |
| CN109012110A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-12-18 | 北京科技大学 | 一种利用氢氧化钠及碳酸钠捕集二氧化碳的方法 |
| CN110218721A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-10 | 浙江工业大学 | 一种高稳定固定化碳酸酐酶及其制备方法与应用 |
| CN113337497A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-03 | 天津大学 | 基于金属有机框架材料包埋碳酸酐酶的Pickering微囊的制备及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUANGCHAO ZHENG ET AL.，: "Shape control in ZIF-8 nanocrystals and metal nanoparticles@ZIF-8 heterostructures", 《NANOSCALE》 * |
| JINXING CHEN ET AL.,: "Bio-inspired nanozyme: a hydratase mimic in a zeolitic imidazolate framework", 《NANOSCALE》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114984721A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-02 | 光大环境科技（中国）有限公司 | 烟气中二氧化碳的回收系统及方法 |
| CN114984721B (zh) * | 2022-05-24 | 2024-01-26 | 光大环境科技（中国）有限公司 | 烟气中二氧化碳的回收系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102218261B (zh) | 氨水细喷雾捕集烟气中二氧化碳的方法及其设备 | |
| CN201333374Y (zh) | 氨法空塔捕集电站烟气中二氧化碳的设备 | |
| CN102198360A (zh) | 利用胺类固体吸附剂脱除烟气中co2的工艺及设备 | |
| CN109517816B (zh) | 一种固定化碳酸酐酶及其制备与在捕集烟气中二氧化碳的应用 | |
| CN102585952A (zh) | 一种利用胺类固体吸收剂脱除合成气中co2及h2s的方法 | |
| CN103721553A (zh) | 一种利用氨法脱硫技术高效去除酸性气硫化物的方法 | |
| CN116585868B (zh) | 一种二氧化碳捕集与尿素制备一体化工艺 | |
| CN106955589A (zh) | 一种锅炉烟气同时脱硫脱硝装置 | |
| CN111575075A (zh) | 一种固体废弃物和废碱液联合进行沼气脱硫脱碳的方法 | |
| CN218544490U (zh) | 一种耦合碳捕集的烟气余热回收装置 | |
| CN102371110B (zh) | 一种烟气脱硫脱硝方法 | |
| CN114100688A (zh) | 一种固定化仿生酶的制备及其在烟道气二氧化碳捕集中的应用 | |
| CN111470476A (zh) | 一种活性焦干法烟气治理的再生含硫尾气资源化利用回收硫磺的方法 | |
| CN111715274A (zh) | 一种用于解吸溶液中co2的多相催化剂的制备方法及应用 | |
| CN217410286U (zh) | 一种回收余热的烟气深度碳捕集装置 | |
| CN214182532U (zh) | 一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置 | |
| CN113117470B (zh) | 一种低温甲醇洗工艺尾气脱硫及硫资源化的方法 | |
| CN114471044A (zh) | 一种高效的活性焦烟气的净化方法 | |
| CN114963218A (zh) | 一种耦合碳捕集的烟气余热回收装置及方法 | |
| CN212222701U (zh) | 一种萃取法回收脱硫脱硝废液的装置 | |
| CN211706407U (zh) | 一种脱硫系统 | |
| CN112604480A (zh) | 一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置及方法 | |
| CN106744714A (zh) | 一种从烟气中回收二氧化硫制硫酸的工艺 | |
| CN112827326A (zh) | 一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NOx的方法 | |
| CN107469588A (zh) | 可降低工业尾气中so2浓度的装置及其尾气处理方法 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220301 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |