本發(fā)明涉及碳酸酐酶在用于催化二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，屬于催化劑領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑是一種新型的以co2/n2、ar等惰性氣體或空氣為“開(kāi)關(guān)”的表面活性劑，可通過(guò)co2使脒基、胍基以及胺基發(fā)生質(zhì)子化（生成相應(yīng)的碳酸氫鹽），轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘年?yáng)離子表面活性劑形式；再通入n2、ar、he等惰性氣體或空氣（去除co2）并加熱，發(fā)生去質(zhì)子化（碳酸氫鹽分解），恢復(fù)為起始的不具有活性的形式。這類表面活性劑在常溫下操作性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境修復(fù)和工業(yè)生產(chǎn)具有極其重要的意義，是當(dāng)今表面活性劑的研究熱點(diǎn)之一。
二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑循環(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(jìn)行切換，成為限制其在工業(yè)領(lǐng)域的重點(diǎn)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(guò)生物提取、人工合成、基因重組得到。碳酸酐酶普遍應(yīng)用于整個(gè)原核和真核領(lǐng)域，是一個(gè)功能強(qiáng)大的生物催化劑。目前，尚無(wú)利用碳酸酐酶催化二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑轉(zhuǎn)換的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供碳酸酐酶在用于催化二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，包括以下步驟：（1）在20-60℃下，向盛有二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑和水的反應(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，檢測(cè)體系電導(dǎo)率，待到體系電導(dǎo)率不發(fā)生變化，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；然后在50-100℃下，優(yōu)選在60-75℃下，通入n2、ar、he等惰性氣體或空氣，檢測(cè)體系電導(dǎo)率，待到體系電導(dǎo)率不發(fā)生變化，表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑包括：
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）本發(fā)明催化過(guò)程操作簡(jiǎn)單，催化效率高，且可循環(huán)使用，具有良好的前景；
（2）二氧化碳開(kāi)關(guān)型表面活性劑轉(zhuǎn)換速率加快，時(shí)間縮短，可更好的應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)中去，降低能耗，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；
（3）本發(fā)明提供了碳酸酐酶的一種新應(yīng)用，擴(kuò)大了碳酸酐酶的用途。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例中所用碳酸酐酶購(gòu)自sigma公司。
實(shí)施例1
在23℃下，將n'-十六烷基-n,n-二甲基乙基脒（制備方法參考文獻(xiàn)《n'-烷基-n,n-二甲基乙脒基碳酸氫鹽的制備及其表征》）和10ml水置于反應(yīng)器中，添加碳酸酐酶0.375mg，以10rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入0.01mpa的co2，電導(dǎo)率急劇上升，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)記錄時(shí)間t1，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；而后升溫至65℃通入n2，電導(dǎo)率急劇下降，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)，記錄時(shí)間t2，此時(shí)表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
設(shè)置一組對(duì)照組，不加入碳酸酐酶，其它實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的轉(zhuǎn)換時(shí)間（t1）和恢復(fù)時(shí)間（t2）均大大縮短，表明碳酸酐酶在n'-十六烷基-n,n-二甲基乙基脒轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有催化作用。
實(shí)施例2
在30℃下，將n-十二烷基聚氧乙烯醚(3)基-n,n-二甲基叔胺（制備方法參考文獻(xiàn)《n-十二烷基聚氧乙烯醚(3)基-n,n-二甲基叔胺co2開(kāi)關(guān)響應(yīng)性能研究》）和10ml水置于反應(yīng)器中，添加碳酸酐酶0.15mg，以50rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入0.05mpa的co2，電導(dǎo)率急劇上升，待到不發(fā)生變化時(shí)記錄時(shí)間t1，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；而后升溫至50℃通入ar，電導(dǎo)率急劇下降，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)，記錄時(shí)間t2，此時(shí)表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
設(shè)置一組對(duì)照組，不加入碳酸酐酶，其它實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的轉(zhuǎn)換時(shí)間（t1）和恢復(fù)時(shí)間（t2）均大大縮短，表明碳酸酐酶在n-十二烷基聚氧乙烯醚(3)基-n,n-二甲基叔胺轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有催化作用。
實(shí)施例3
在37℃下，將n'-十二烷基-n,n-二甲基乙基脒（制備方法參考文獻(xiàn)《n'-烷基-n,n-二甲基乙脒基碳酸氫鹽的制備及其表征》）和10ml水置于反應(yīng)器中，添加碳酸酐酶0.45mg，以100rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入0.1mpa的co2，電導(dǎo)率急劇上升，待到不發(fā)生變化時(shí)記錄時(shí)間t1，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；而后升溫至68℃通入he，電導(dǎo)率急劇下降，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)，記錄時(shí)間t2，此時(shí)表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
設(shè)置一組對(duì)照組，不加入碳酸酐酶，其它實(shí)驗(yàn)條件相同，結(jié)果如表3所示。
表3
由表3可知，添加了碳酸酐酶的實(shí)驗(yàn)組的轉(zhuǎn)換時(shí)間（t1）和恢復(fù)時(shí)間（t2）均大大縮短，表明碳酸酐酶在n'-烷基-n,n-二甲基乙脒轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有催化作用。
實(shí)施例4
在43℃下，將氨基磺酸胍（市購(gòu)）和10ml水置于反應(yīng)器中，添加碳酸酐酶0.65mg，以300rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入1mpa的co2，電導(dǎo)率急劇上升，待到不發(fā)生變化時(shí)記錄時(shí)間t1，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；而后升溫至75℃通入he，電導(dǎo)率急劇下降，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)，記錄時(shí)間t2，此時(shí)表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
設(shè)置一組對(duì)照組，不加入碳酸酐酶，其它實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的轉(zhuǎn)換時(shí)間（t1）和恢復(fù)時(shí)間（t2）均大大縮短，表明碳酸酐酶在氨基磺酸胍轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有催化作用。
實(shí)施例5
在55℃下，將n,n'-雙十二烷基乙基脒（制備方法參考文獻(xiàn)《n,n'-雙十二烷基乙脒基碳酸氫鹽的合成及性能研究》）和10ml水置于反應(yīng)器中，添加碳酸酐酶0.75mg，以450rpm的速率攪拌；以15ml/min的速率向體系中通入3mpa的co2，電導(dǎo)率急劇上升，待到不發(fā)生變化時(shí)記錄時(shí)間t1，此時(shí)表面活性劑轉(zhuǎn)換為具有活性的陽(yáng)離子表面活性劑形式；而后升溫至90℃通入空氣，電導(dǎo)率急劇下降，待到電導(dǎo)率不發(fā)生變化時(shí)，記錄時(shí)間t2，此時(shí)表面活性劑恢復(fù)原始不具有活性的形式。
設(shè)置一組對(duì)照組，不加入碳酸酐酶，其它實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的轉(zhuǎn)換時(shí)間（t1）和恢復(fù)時(shí)間（t2）均大大縮短，表明碳酸酐酶在n,n'-雙十二烷基乙基脒轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有催化作用。