一种用铁蛋白转化CO2为甲酸的方法

本发明涉及一种用铁蛋白转化co2为甲酸的方法，属于co2固定及利用领域。

背景技术：

1、co2作为主要的温室气体，其含量的急剧上升是当前世界面临的重大环境问题。碳减排已经成为全球共识。降低大气中co2的含量，将其高效固定并转化意义重大。光催化co2还原有望成为未来解决大气中碳浓度过高问题的关键技术。均相光催化co2减排体系通常由光敏剂、催化剂及电子供体组成，它们三者之间协同作用高效将光能转化为化学能。光敏剂吸收光量子后，从基态转为激发态，从而将电子传递给催化剂，再由催化剂将电子转移到co2分子上进行还原。

2、目前的光催化还原co2体系中，钌、铱、铼等贵金属配合物是最常使用的光敏剂，但这些配合物的利用常常因为贵金属的价格昂贵，含量稀少以及可见光吸收能力弱而受到较大的限制。因此开发非贵金属光敏剂用于co2的光催化还原是目前研究的重点。其中以fe作为中心金属的血红素是常用的非贵金属光敏剂之一。

3、以铁为基础的半导体催化剂目前已经被广泛应用于光催化还原co2中，并取得了卓越的成效。在过去的研究中，fe2o3、fe3o4、feo和feooh等已经被证实可在光催化还原中将co2转化成co、甲烷和甲酸等增值化学品。

4、铁蛋白的亚铁氧化酶中心具有重要的生理功能，它可以将二价铁快速氧化成三价铁，并将它们以水铁矿的形式沉积在内部空腔中形成纳米铁核，一分子铁蛋白最多可以储藏4500个三价铁。纳米铁核与常见的无机铁半导体催化剂具有相似的性质，在光辐射下可以产生寿命很长的电子-空穴对，因而可以将高价态的物质还原。同时，有一些铁蛋白的二重轴界面天然可结合一分子血红素，比如细菌铁蛋白，其有望作为纳米反应器，同时为co2的光催化还原提供光敏剂和催化剂。

5、综上，如果能建立一种以天然可结合血红素的铁蛋白作为纳米反应器转化co2的方法，将能解决贵金属光敏剂价格昂贵、含量稀少、可见光吸收能力弱的问题，并拓展铁蛋白的应用。但是该方法目前还未见报道。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种用铁蛋白转化co2为甲酸的方法。本方法首先使铁蛋白充分结合血红素分子，其后在铁蛋白内部加载纳米铁核，与含有电子供体的溶液混合后，通入co2至饱和，在高压汞灯照射下将co2转化为甲酸。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、步骤一、通过重组铁蛋白与游离血红素高温孵育的方式，使铁蛋白充分结合血红素分子；

4、步骤二、将硫酸亚铁溶液逐渐加入步骤一所得溶液，调控亚铁离子与铁蛋白的摩尔比例，使铁蛋白内形成纳米铁核；

5、步骤三、向步骤二所得溶液中加入电子供体物质，通入co2气体一段时间至饱和，利用高压汞灯作为光源进行辐照转化co2。

6、进一步讲，步骤一中制备充分结合血红素分子的铁蛋白的过程是：将血红素溶解在ph为12.5-13.0的溶液中，离心去除不溶性物质。在70-90℃下，将血红素溶液加入含铁蛋白和0.5-1m氯化钠、ph为6.5-8.0的缓冲液中，将该溶液在上述温度下孵育5-10min，然后冷却至室温。用上述缓冲液对反应后的溶液进行3次透析，每次间隔4-8h。

7、步骤二中用ph为2.0的酸化水配置硫酸亚铁溶液，逐滴加入到步骤一所得蛋白溶液中，温度控制在0-4℃，且溶液持续搅拌0.5-1h。随后静置过夜，再在ph 7.5-9.0的缓冲液中透析3次，每次间隔4-8h。

8、优选的，每隔10-20min按照亚铁离子数：蛋白分子数＝50-150的比例加入硫酸亚铁溶液，制备最终亚铁离子数：蛋白分子数小于或等于800的纳米铁核。

9、优选的，所述步骤三中高压汞灯功率为250-500w，λ>400nm，反应温度为0-4℃。

10、由上，本发明提供的一种铁蛋白转化co2为甲酸的方法至少具有如下有益效果：

11、1、利用结合了血红素并加载了纳米铁核的铁蛋白，实现了将co2转化为高附加值甲酸的目标。

12、2、将铁蛋白用于转化co2，拓展了铁蛋白的应用。

13、3、相较于已有的以贵金属配合物为光敏剂的技术，其成本较低，且过程更加绿色环保，污染物产生较少。

技术特征：

1.一种用铁蛋白转化co2为甲酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1中步骤一所述方法，其特征在于：将血红素溶解在ph为12.5-13.0的溶液中，离心去除不溶性物质；在70-90℃下，将血红素溶液加入含铁蛋白和0.5-1 m氯化钠、ph为6.5-8.0的缓冲溶液中，将该溶液在上述温度下孵育5-10 min，然后冷却至室温；用上述缓冲液对反应后的溶液进行3次透析，每次间隔4-8 h。

3.根据权利要求1中步骤二所述方法，其特征在于：用ph为2.0的酸化水配置硫酸亚铁溶液，逐滴加入到步骤一所得蛋白溶液中，温度控制在0-4℃，且溶液持续搅拌0.5-1 h；随后静置过夜，再在ph 7.5-9.0的缓冲液中透析3次，每次间隔4-8 h。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每隔10-20 min按照亚铁离子数：蛋白分子数＝50-150的比例加入硫酸亚铁溶液，制备最终亚铁离子数：蛋白分子数小于或等于800的纳米铁核。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中高压汞灯功率为250-500 w，λ>400 nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中反应温度为0-4℃。

技术总结
本发明提供了一种用铁蛋白转化CO<subgt;2</subgt;为甲酸的方法，属于CO<subgt;2</subgt;固定及利用领域。所述方法为：利用可以天然结合血红素的铁蛋白作为纳米反应器，首先将其与血红素结合，随后向该体系中加入硫酸亚铁溶液进行纳米铁核的制备。之后在上述具有血红素和纳米铁核的铁蛋白溶液中，加入电子供体物质，并通入CO<subgt;2</subgt;。该反应溶液饱和CO<subgt;2</subgt;后，利用高压汞灯辐照转化CO<subgt;2</subgt;为甲酸。本发明采用可以天然结合血红素的铁蛋白作为纳米反应器、血红素作为光敏剂、纳米铁核作为催化剂用于CO<subgt;2</subgt;的光催化还原，相较于传统方法，可有效降低成本并减少环境污染。该方法实现了CO<subgt;2</subgt;的捕获及转化，有望进一步将其转化为具有高附加值的产物，应用于能源、食品、化工等领域。

技术研发人员：臧佳辰,胡子彦,赵广华,曾瑞琪,张拓
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21