本發(fā)明涉及碳酸酐酶在用于加速二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑切換速率中的應(yīng)用，屬于催化劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑是一類在通入和排出co2后，其溶液性質(zhì)能發(fā)生可逆變化的新型溶劑；當(dāng)通入co2后，其與水和co2反應(yīng)，生成可溶于水的碳酸氫鹽，其性質(zhì)由疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，從而與水混溶；排出co2后，碳酸氫鹽分解，其性質(zhì)再由親水性恢復(fù)為原始的疏水性，與水分層。由于其獨特的作用機理和智能化開關(guān)特性，因此一經(jīng)報道便引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，且在工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，如：從大豆中提取油片、回收聚苯乙烯泡沫、從微藻中提取有效脂質(zhì)等。

二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑循環(huán)使用，可以節(jié)省70%的成本，但受困于轉(zhuǎn)化速率慢，未得到大規(guī)模的應(yīng)用。如何快速的進行切換，成為限制其在工業(yè)領(lǐng)域的重點研究課題。

碳酸酐酶（ca）是一類活性中心含有鋅離子的金屬酶，可通過生物提取、人工合成、基因重組得到。碳酸酐酶主要應(yīng)用在co2的封存和捕集。目前，尚無利用碳酸酐酶加速二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑切換速率的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供碳酸酐酶在用于加速二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑切換速率中的應(yīng)用，所述應(yīng)用可以有兩種方法：

方法一：（1）在20-60℃，優(yōu)選25-40℃，向盛有二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑和水的反應(yīng)器內(nèi)加入碳酸酐酶，碳酸酐酶與水的比例為15-75mg/l，以10-450rpm的速率攪拌；（2）向步驟（1）制得的體系中通入0.01-3mpa的co2，待到二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑和水完全混溶，此時二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入n2、ar、he等惰性氣體或空氣，至二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑和水分離恢復(fù)原體積比，此時二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)，完成切換過程。

方法二：（1）在20-80℃下，將碳酸酐酶溶于水中，碳酸酐酶與水的比例為15-75mg/l，以10-450rpm的速率攪拌，制成酶液；（2）將二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑與酶液混合，形成兩相溶劑；（3）向下層溶劑內(nèi)通入0.01-3mpa的co2氣體，待二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑和酶液完全混溶，此時二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入n2、ar、he等惰性氣體或空氣，至二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑和酶液分離恢復(fù)原體積比，此時二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)，完成切換過程。

二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑包括：胺類二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑；胍類二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑；脒類二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

（1）本發(fā)明使二氧化碳開關(guān)型可切換的親水性溶劑更快的與水和co2反應(yīng)，大大縮短了切換時間；

（2）本發(fā)明中碳酸酐酶可以循環(huán)使用，多次循環(huán)之后仍能保持較好的穩(wěn)定性，可以更好地節(jié)約成本；

（3）采用方法二可使碳酸酐酶充分溶解，最大程度的發(fā)揮碳酸酐酶的活性；

（4）本發(fā)明催化過程操作簡單，且具有良好的前景；

（5）本發(fā)明可代替蒸餾中的揮發(fā)性物質(zhì)，減少對環(huán)境的污染和能源的消耗；

（6）本發(fā)明提供了碳酸酐酶的一種新應(yīng)用，擴大了碳酸酐酶的用途。

具體實施方式

實施例1、3、5、7所用碳酸酐酶購自sigma公司；實施例2、4、6、8所用碳酸酐酶為采用現(xiàn)有方法制備的，制備方法如下：將99.5％的etoh緩慢滴加至1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷中并攪拌，etoh:1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷=1:30ml/mg，約1.5-2h；在50-60℃下，將zn(clo4)2?6h2o緩慢溶于99.5％etoh中，etoh:zn(clo4)2?6h2o=1:65ml/mg，約1-2h；將步驟和步驟制得的產(chǎn)物混合，冷卻至室溫，過濾出白色粉末，用乙醇清洗，真空過濾，干燥得到產(chǎn)物。

實施例1

在25℃下，向盛有50mln,n-二甲基芐胺（市購）和50ml水的反應(yīng)器內(nèi)加入0.75mg碳酸酐酶，以10rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入0.01mpa的co2，至n,n-二甲基芐胺和水完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-二甲基芐胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入n2，至n,n-二甲基芐胺和水分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-二甲基芐胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表1所示。

表1

由表1可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-二甲基芐胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例2

在30℃下，向盛有5mln,n-二甲基己胺（市購）和50ml水的反應(yīng)器內(nèi)加入1.75mg碳酸酐酶，以50rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入0.1mpa的co2，至n,n-二甲基己胺和水完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-二甲基己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入ar，至n,n-二甲基己胺和水分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-二甲基己胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表2所示。

表2

由表2可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-二甲基己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例3

在45℃，向盛有20mln-乙基哌啶（市購）和50ml水的反應(yīng)器內(nèi)加入2.75mg碳酸酐酶，以150rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入1mpa的co2，至n-乙基哌啶和水完全混溶后，記錄時間t1，此時n-乙基哌啶由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入he，至n-乙基哌啶和水分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n-乙基哌啶由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)；再次以15ml/min的速率向體系中通入1mpa的co2，至n-乙基哌啶和水完全混溶后，記錄時間t1；然后通入he，至n-乙基哌啶和水分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，重復(fù)循環(huán)兩次，結(jié)果如表3所示。

表3

由表3可知，經(jīng)過三次循環(huán)，n-乙基哌啶由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）變化不大，表明碳酸酐酶具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

實施例4

在60℃下，向盛有35mln,n-二甲基苯乙胺（市購）和50ml水的反應(yīng)器內(nèi)加入3.75mg碳酸酐酶，以450rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入3mpa的co2，至n,n-二甲基苯乙胺和水完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-二甲基苯乙胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入空氣，至n,n-二甲基苯乙胺和水分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-二甲基苯乙胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表4所示。

表4

由表4可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-二甲基苯乙胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例5

在20℃下，將碳酸酐酶溶于水中，碳酸酐酶與水的比例為25mg/l，以100rpm的速率攪拌，制成酶液；將n,n-二甲基環(huán)己胺與酶液混合，形成兩相溶劑；向下層溶劑內(nèi)通入0.05mpa的co2氣體，待n,n-二甲基環(huán)己胺和酶液完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-二甲基環(huán)己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入n2，至n,n-二甲基環(huán)己胺和酶液分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-二甲基環(huán)己胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表5所示。

表5

由表5可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-二甲基環(huán)己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例6

在40℃下，將碳酸酐酶溶于水中，碳酸酐酶與水的比例為45mg/l，以200rpm的速率攪拌，制成酶液；將n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺與酶液混合，形成兩相溶劑；向下層溶劑內(nèi)通入0.5mpa的co2氣體，待n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺和酶液完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入ar，至n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺和酶液分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表6所示。

表6

由表6可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-硫酸二乙酯-n-甲胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例7

在60℃下，將碳酸酐酶溶于水中，碳酸酐酶與水的比例為65mg/l，以250rpm的速率攪拌，制成酶液；將n,n-乙烷-n-環(huán)己胺與酶液混合，形成兩相溶劑；向下層溶劑內(nèi)通入2mpa的co2氣體，待n,n-乙烷-n-環(huán)己胺和酶液完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-乙烷-n-環(huán)己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入he，至n,n-乙烷-n-環(huán)己胺和酶液分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-乙烷-n-環(huán)己胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)。

設(shè)置一組對照組，不加碳酸酐酶，其它實驗條件相同，結(jié)果如表7所示。

表7

由表7可知，添加了碳酸酐酶的實驗組，n,n-乙烷-n-環(huán)己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）均大大縮短。

實施例8

在80℃下，將碳酸酐酶溶于水中，碳酸酐酶與水的比例為70mg/l，以350rpm的速率攪拌，制成酶液；將n,n-乙烷-n-己胺與酶液混合，形成兩相溶劑；向下層溶劑內(nèi)通入2.5mpa的co2氣體，待n,n-乙烷-n-己胺和酶液完全混溶后，記錄時間t1，此時n,n-乙烷-n-己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)；然后通入空氣，至n,n-乙烷-n-己胺和酶液分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，此時n,n-乙烷-n-己胺由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)；再次以15ml/min的速率向體系中通入2.5mpa的co2，至n,n-乙烷-n-己胺和酶液完全混溶后，記錄時間t1；然后通入空氣，至n,n-乙烷-n-己胺和酶液分離恢復(fù)原體積比，記錄時間t2，重復(fù)循環(huán)兩次，結(jié)果如表8所示。

表8

由表8可知，經(jīng)過三次循環(huán)，n,n-乙烷-n-己胺由疏水態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水態(tài)的時間（t1）和由親水態(tài)恢復(fù)為疏水態(tài)的時間（t2）變化不大，表明碳酸酐酶具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。