使用 MEA 溶劑吸收 CO₂ 是迄今為止捕集 CO₂最成熟的技術(shù)。但是，MEA 溶劑仍存在再生能量高、溶劑降解、揮發(fā)性大、毒性大等問(wèn)題。Feron]認(rèn)為可形成碳酸氫鹽的溶劑（如叔胺和堿性碳酸鹽）是一種很有前途的替代物。Gladis 等探究了碳酸酐酶對(duì) MEA、2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）、MDEA和 K₂CO₃ 溶劑吸收 CO₂ 能力的影響。研究表明，CA 的加入對(duì)各溶劑液相傳質(zhì)系數(shù)的影響依次為：MDEA 顯著提高，K₂CO₃和AMP 略有增加，而 MEA基本不變。說(shuō)明 CA 對(duì)于可形成碳酸氫鹽溶劑的催化效果更好。Mathias 等將包埋在有機(jī)硅基聚合物基質(zhì)中的 CA 加入到 MDEA 水溶液后，與空白MDEA 溶劑相比，在固定化 CA 的存在下，CO₂的總吸收摩爾流量增加了 6 倍。研究發(fā)現(xiàn)，CA 的加入對(duì)提高 MDEA 溶劑 CO₂捕集率有積極的影響，增加酶的添加量可以進(jìn)一步提高捕集效率。中試吸收實(shí)驗(yàn)表明，CA 的加入對(duì) CO₂ 傳質(zhì)速率有明顯的促進(jìn)作用，30wt% MDEA 溶劑在 10m 柱高時(shí)可捕集 18%~23%的 CO₂，在相同的液氣比范圍內(nèi)，加入0.85 g/L CA后的CO₂捕集率在36%~49%。 當(dāng) CA濃度增加到 3.5 g/時(shí)，捕集效率高達(dá) 48~83%。將固定在環(huán)氧磁性復(fù)合微球上的 CA 酶加到 10wt%的 MDEA 溶液中，加入后的 CO₂ 吸收速率比原 MDEA 溶液提高近 40%，反應(yīng)平衡時(shí)間從150 min 縮短到 90 min，經(jīng) 7 次循環(huán)使用后，固定化 CA 的活性在 313.15 K 時(shí)仍接近其初始值。劉彬等研究發(fā)現(xiàn)牛碳酸酐酶（BCA）的加入可顯著提高 MDEA 吸收 CO₂ 的反應(yīng)速率，且反應(yīng)速率隨BCA 濃度的增加而增大。表 3 總結(jié)了 CA 在二氧化碳捕集中的催化性能。

K₂CO₃溶液使用時(shí)需要較低的再生能量，更環(huán)保，但吸收動(dòng)力學(xué)較慢，因此需要較大且昂貴的吸收塔才能操作。這一工業(yè)限制可以通過(guò)向 K₂CO₃ 溶液中添加 CA 等促進(jìn)劑來(lái)克服。用濕壁柱測(cè)定了 323K 下，耐熱 CA 在 30wt% K₂CO₃ 溶液（pH 為 11~12）中的催化系數(shù)為 5.3×108 M-1s-1。耐熱 CA 在 pH 為 10.6~10.8、溫度為 323K 的 30wt% K₂CO₃ 溶液中連續(xù)運(yùn)行 8h 后較穩(wěn)定，初始催化效率仍保持在70%以上。在吸收塔溫度40°C、汽提塔壓力 35kPa 的條件下，在 23.5wt% K2CO3 溶劑中加入了 2.5g/L 的 CA，集成小試系統(tǒng)成功運(yùn)行了 500 h 后，CO2 平均捕集率為 84%。通過(guò)濕壁柱實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)加入 2g/L CA 時(shí)，CO₂ 傳質(zhì)系數(shù)可顯著提高 5 倍。

CA 作為化學(xué)溶液吸收 CO2 的活化劑，還有一些問(wèn)題需要解決。首先，CA 的作用機(jī)理非常復(fù)雜，需要進(jìn)一步開發(fā)檢測(cè)的新技術(shù)，深入理解其作用機(jī)制，從本質(zhì)上分析催化過(guò)程的理論，推導(dǎo)出更加準(zhǔn)確的催化機(jī)理。此外，需要對(duì)用于 CO₂ 捕集過(guò)程的酶促進(jìn)劑進(jìn)行評(píng)估：包括酶的溫度穩(wěn)定性、相分離特性和壽命，以及不同濃度配比對(duì) CA 催化吸收速率的影響，以便能夠可靠地設(shè)計(jì)混合、分離、回收和其他輔助步驟，以優(yōu)化吸收系統(tǒng)性能。煙氣中存在的 SOX 和 NOX 能抑制 CA。當(dāng) SO₂ 溶于水中，會(huì)形成亞硫酸，通常在催化劑如 NO₂ 的存在下，SO₂ 可以被進(jìn)一步氧化生成硫酸，故煙氣中的 SOX 和 NOX 會(huì)以 SO_⁴2-、SO_³2–和 NO₃-等形式存在于吸收液中，對(duì) CA 產(chǎn)生影響。研究了 SO_⁴2- 和NO₃-對(duì)牛 CA 的影響，結(jié)果表明，SO⁴₂-濃度為 5 mmol/L 時(shí)幾乎沒(méi)有抑制作用，但濃度達(dá)到 50 mmol/L 時(shí)有顯著抑制作用NO₃-濃度范圍在 5 mmol/L 到 50 mmol/L 之間會(huì)對(duì) CA 有明顯的抑制作用。李娟等發(fā)現(xiàn)吸收液的 pH 隨著 SO₂ 濃度的增大而降低，固定化 CA 的活性受到抑制，SO2 的存在不利于 CA 對(duì) CO2的催化吸收。研究發(fā)現(xiàn) SO⁴₂-濃度為 1M 時(shí)可以激活重組 α-CA，SO³₂-在 1 M 時(shí)也不影響重組 α-CA 的活性，SO⁴₂-可以增強(qiáng)重組 α-CA 的活性和熱穩(wěn)定性。Ramanan 等發(fā)現(xiàn) SO⁴₂-對(duì)來(lái)自菌株 Citrobacter freundii 的 CA
也有激活作用。不同來(lái)源的 CA 對(duì)煙道氣中存在的SOX和 NOX 的耐受能力不一樣，因此 CA 對(duì)所處理的煙道氣有一定的要求，牛 CA 處理的應(yīng)是經(jīng)脫硫脫氮處理的煙道氣。故未來(lái)需要繼續(xù)探究不同來(lái)源的 CA 受煙道氣中組分的影響，以更好地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)碳捕集。

2.2 誘導(dǎo)二氧化碳礦化生成碳酸鈣

隨著碳濃縮機(jī)制的發(fā)展，一些細(xì)菌可以將高含量的 CO₂ 轉(zhuǎn)化為碳酸鈣（CaCO₃）、生物燃料和生物
表面活性劑等高附加值產(chǎn)品。CA 在將 CO₂ 通過(guò)生物礦化固定為 CaCO₃ 的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。
利用 CA 誘導(dǎo)礦化是一種高效、穩(wěn)定、生態(tài)友好且可長(zhǎng)期儲(chǔ)存 CO₂的方法。研究表明 CA 可以加快 CaCO₃的沉淀速率，CaCO₃ 的主要晶相為方解石。研究表明 CA 有利于形成穩(wěn)定的CaCO₃，并通過(guò)形成新的晶面顯著改變其形態(tài)。CA誘導(dǎo) CaCO₃ 沉淀的實(shí)質(zhì)是催化水中 Ca2+和 CO₂ 的反應(yīng)。微生物產(chǎn) CA 誘導(dǎo) CaCO₃沉淀機(jī)理如圖 3所示，（a）CA 細(xì)菌的繁殖和碳酸酐酶的產(chǎn)生；（b）HCO3-向 CO³₂-的形成和轉(zhuǎn)化；（c）CO³_2-的大量形成和 CA 細(xì)菌對(duì) Ca^₂+的吸附；（d）礦化產(chǎn)物的沉積。

在 CA 誘導(dǎo)礦化的過(guò)程中，CA 的活性受各種因素的影響，如溫度、酸堿度和 Ca₂+濃度。因此，研究不同因素對(duì) CA 活性的影響，進(jìn)一步闡明 CA促進(jìn) CaCO₃ 礦化的機(jī)理具有重要意義。研究了不同 Ca²+濃度下 CA 催化 CaCO₃ 沉淀的動(dòng)力學(xué)。CaCO3 的沉淀速率隨 Ca2+濃度的增加而增加，但 Ca2+濃度高于 100 mmol/L 時(shí)對(duì) CA 催化 CaCO₃沉淀有一定的負(fù)面影響。研究了 CA 在初始pH 分別為 6.0、6.5、7.0 和 8.0 時(shí)促進(jìn) CaCO₃ 沉淀的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，初始 pH 為 8.0 時(shí)，體系中Ca2+離子在48h內(nèi)完全沉淀，分別比初始pH為6.0、6.5 和 7.0 時(shí)提前 21h、15h 和 14h，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn) pH范圍內(nèi)，較高的 pH 值有利于 CA 催化CaCO₃沉淀。 研究了溫度、pH 值和 Ca²+ 濃度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)、CA 活性的影響。結(jié)果表明，25℃時(shí) CA 的活性最高，有利于 CaCO₃的沉淀；初始 pH 值為 8.5 時(shí)，CaCO₃沉淀質(zhì)量最多；當(dāng)Ca²+濃度為50 mmol/L 時(shí)，細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖最好，過(guò)低的 Ca²+ 濃度會(huì)影響CaCO₃的生成，而過(guò)高的 Ca²+濃度則會(huì)嚴(yán)重影響細(xì)菌的生長(zhǎng)，降低細(xì)菌的活性。

聲明：本文所用圖片、文字來(lái)源于《環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)》，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)與本網(wǎng)聯(lián)系

相關(guān)鏈接：，有機(jī)硅，丙醇，碳酸酐酶