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酶法固定 CO 2 的研究进展

酶法固定 CO 2 的研究进展. 尹静 2011.12.12. 温室效应会导致高纬度地区降雨量增加、高山积雪融化、两极冰山融化、海平面上升 , 已成为影响地球生态环境的重要原因。. 温室效应气体有 CO 2 、氯氟代烷、 CH 4 等 30 多种 , 其中 CO 2 影响最大. 二氧化碳的固定. CO 2 的固定和利用方法主要有 物理法 、 化学法 和 生物法. 物理法和化学法 虽然可以制得新的有用化合物 , 但会产生一些副产物 , 而且 消耗能量 , 对环境造成 二次污染 。

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酶法固定 CO 2 的研究进展

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Presentation Transcript

  1. 酶法固定CO2的研究进展 尹静 2011.12.12

  2. 温室效应会导致高纬度地区降雨量增加、高山积雪融化、两极冰山融化、海平面上升,已成为影响地球生态环境的重要原因。温室效应会导致高纬度地区降雨量增加、高山积雪融化、两极冰山融化、海平面上升,已成为影响地球生态环境的重要原因。 温室效应气体有CO2、氯氟代烷、CH4等30多种,其中CO2影响最大

  3. 二氧化碳的固定 CO2的固定和利用方法主要有物理法、化学法和生物法 物理法和化学法虽然可以制得新的有用化合物,但会产生一些副产物,而且消耗能量,对环境造成二次污染。 生物法固定CO2是通过植物或微生物的循环途径将CO2转化成化学物质或其自身生长的营养物质。

  4. ◆ 酶固定CO2的机理 ◆ 酶固定CO2的类型 ◆ 现状及展望

  5. 酶固定CO2的机理 目前研究较多的是使用多酶体系来模拟生物体的光合 作用而还原CO2。 多酶体系的组成 甲酸脱氢酶(FDH)：甲酸→ CO2 甲醛脱氢酶(FADH)：甲醛→ CO2 甲醇脱氢酶(MDH)：甲醇→ CO2 多酶系统固定CO2是向该系统中供给逆反应进行方向的物质,使得CO2被还原。

  6. 分类： 1、以PQQ为电子中间体 以甲酸脱氢酶和甲醇脱氢酶共同作为催化剂,以PQQ作为电子中间体可将CO2还原成为甲醇。

  7. 2、以NADH为电子中间体 CO2先在甲酸脱氢酶作用下还原为甲酸盐,然后在甲醛脱氢酶作用下还原为甲醛,最后在甲醇脱氢酶作用下还原为甲醇,每一步脱氢酶反应的最终电子供体都为还原性NADH。

  8. 改进的溶胶-凝胶法固定多酶体系 在低温低压条件下将CO2还原成甲醇,通过改变反应物配比、催化剂用量及其它反应条件,摸索出较适宜的凝胶化条件为:37℃、pH=7.0,在此条件下甲醇产率92.4%。 上述反应体系需加入昂贵的NADH电子供体,且不能连续反应。

  9. 包埋后的多酶体系 将三种脱氢酶通过温和的仿生矿化过程包埋于二氧化钛粒子体系中,用于还原CO2成甲醇。 和开放型反应系统相比,包埋后的多酶体系将CO2还原为甲醇的产率有了很大的提高。

  10. 3、以甲基紫精为电子中间体 以甲基紫精为电子中间体,在严格厌氧环境中将甲酸脱氢酶吸附到电极表面用于电化学还原CO2生成甲酸盐。 甲酸脱氢酶电催化在热力学上是可逆的,且只需要很低的过电压。 此反应发生在温和条件下,甲酸盐是唯一产物。

  11. 举例：以甲烷为底物连续反应 含多酶体系的甲烷氧化细菌在温和条件下经过一系列反应能够将CO2还原成甲醇,CO2还原而成的甲醇在细胞外得以积累。过程如下：

  12. 在反应体系中加入甲烷作为底物时,产生的还原能量推动反应连续稳定进行。在反应体系中加入甲烷作为底物时,产生的还原能量推动反应连续稳定进行。

  13. 上述研究都是使用多酶体系来模拟生物体的光合作用而还原CO2,反应无需光照,且不添加光催化剂或光敏剂。上述研究都是使用多酶体系来模拟生物体的光合作用而还原CO2,反应无需光照,且不添加光催化剂或光敏剂。 在酶固定转化CO2的研究中,还有使用光敏剂对CO2进行光催化还原的报道。在上述体系中添加了光敏剂钌,利用酶ICDH和电子传输介质MV2+成功进行了CO2的光化学固定及还原。

  14. 酶法固定CO2的瓶颈 酶法固定CO2存在酶种类少、途径单一、转化效率低等缺点。 酶固定CO2的机理也较复杂,还需要不断的探索。

  15. 研究方向 ★进一步研究微生物和酶固定CO2的机理,为CO2固定研究提供理论支持 ★开发新的高效分离技术以分离还原产物 ★同其它还原CO2的方式(如光催化和电化学还原等)结合,用于合成各种化学品及高分子材料。

  16. THE END 谢谢大家

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