2.1 促進(jìn)化學(xué)溶劑吸收二氧化碳

一般利用化學(xué)吸收法捕集二氧化碳常用的化學(xué)溶劑為醇胺和金屬堿性試劑[。醇胺溶液包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DGA)、哌嗪(PZ)、二乙烯三胺(DETA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和五甲基二乙烯三胺(PMDETA)等。金屬堿性試劑有碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鎂等。利用醇胺溶液吸收 CO₂ 具有較大的吸收容量，較快的吸收速率，但是吸收速率慢、產(chǎn)物易降解，吸收焓較高。雖然利用碳酸鉀K₂CO₃)溶液吸收 CO₂ 需要較低的再生能量，對(duì)環(huán)更友好，但其吸收動(dòng)力學(xué)較慢，因此需要大型且昂貴的吸收柱才能操作。碳酸酐酶穩(wěn)定性好，在加快CO₂的水合速率的同時(shí)又可以降低吸收焓。因此，近些年大量研究表明在醇胺或金屬堿性試劑中加入碳酸酐酶，可以使 CO₂捕集工藝既具有高的吸收容量同時(shí)具有較快的吸收速率和較低的解吸能耗。

1988 年 Silverman 和 Lindskog[40]對(duì)碳酸酐酶的結(jié)構(gòu)和催化機(jī)理進(jìn)行了探討，結(jié)果表明，盡管不同類型的 CA 具有不同的蛋白質(zhì)序列，但催化的活性中心都是帶羥基的 Zn2+離子，CA 的加入可明顯地提高 CO₂ 水合的速率。圖 2 為 CA 催化水合反應(yīng)的機(jī)理圖。在分子間質(zhì)子轉(zhuǎn)移中，CA 處于活性狀態(tài)，氫氧離子結(jié)合到鋅上，二氧化碳分子靠近氨基酸側(cè)鏈，這里稱為質(zhì)子通道，向溶液中的緩沖分子釋放質(zhì)子。然后結(jié)合鋅的羥基對(duì)碳原子進(jìn)行親核攻與附近的二氧化碳分子反應(yīng)，產(chǎn)生結(jié)合鋅的碳酸氫鹽。水分子將碳酸氫鹽交換到溶液后，酶處于不活躍狀態(tài)，水與鋅結(jié)合。為了恢復(fù) CA 的催化活性，必須從與鋅結(jié)合的水分子中去掉一個(gè)質(zhì)子。質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子通道完成分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移發(fā)生在氫鍵水分子之間。

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