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酶與聚合物3D打印技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇

美國勞倫斯利弗莫國家實驗室的科學(xué)家團(tuán)隊將生物技術(shù)和3D打印技術(shù)相結(jié)合設(shè)計出一種新型反應(yīng)器，可以在常溫常壓下持續(xù)將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇。

甲烷氧化菌是一種專門吞噬甲烷的菌類，該研發(fā)團(tuán)隊將甲烷氧化菌中的酶提取出來，與聚合物混合，再經(jīng)過3D打印或模塑制成新型反應(yīng)器。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種提取出來的酶在聚合物中仍然可以保持100%的活性。這種嵌入到聚合物中的酶具有很強(qiáng)的靈活性，尤其適用于氣-液相反應(yīng)過程，具有很好的應(yīng)用潛力。

甲烷的排放是造成全球氣候變暖的主要原因之一。目前將甲烷轉(zhuǎn)化成其它高價值產(chǎn)品的技術(shù)，均要求高溫和高壓環(huán)境，且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品組成復(fù)雜，目標(biāo)產(chǎn)品的產(chǎn)率低下，只有在大規(guī)模生產(chǎn)情況下才在經(jīng)濟(jì)上可行。

現(xiàn)在已知的唯一一種可在溫和反應(yīng)條件下將甲烷高效地轉(zhuǎn)化為甲醇的催化劑是甲烷單加氧酶(MMO)，反應(yīng)在含有MMO的甲烷氧化菌作用下進(jìn)行，但這種工藝需要能量維持生物有機(jī)物質(zhì)的生存和新陳代謝。該團(tuán)隊取而代之的方法是，從生物有機(jī)物質(zhì)中分離出這種酶，并且直接利用這種酶，故不再需能量來維持。這種酶在溫和條件下可以實現(xiàn)可控的高效轉(zhuǎn)化，并且具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)，這種可以3D打印的聚合物還可以多次重復(fù)使用。

目前，絕大多數(shù)工業(yè)化生物反應(yīng)器均采用攪拌槽方式，而這種攪拌槽在氣-液相反應(yīng)中效率極低。該研發(fā)團(tuán)隊提出的這種可以打印的酶與聚合物混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念為今后高收率、低能耗新型反應(yīng)器的研發(fā)開啟了一扇窗。

[中國石化有機(jī)原料科技情報中心站供稿]