De novo Nanozyme als Katalysatoren f\u00fcr die industrielle CO2-Abscheidung und -Speicherung<\/p>\n
Anthropogene Aktivit\u00e4ten haben zu einer stark erh\u00f6hten Emission von Treibhausgasen in die Atmosph\u00e4re gef\u00fchrt. Unter den Treibhausgasen kommt Kohlenstoffdioxid (CO2) am h\u00e4ufigsten vor. Die Emission von CO2 f\u00fchrt zu irreversiblen Klimaver\u00e4nderungen. Folgen sind die globale Erderw\u00e4rmung und ein sinkender pH-Wert der Ozeane. Vereinbarungen und Empfehlungen der United States Environmental Protection Agency (US EPA) und des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, dt.: Weltklimarat) zielen daher auf die Reduktion und Stabilisierung von atmosph\u00e4rischem CO2 w\u00e4hrend der n\u00e4chsten Jahrzehnte ab. Da industrielle Prozesse die Hauptquelle f\u00fcr emittiertes CO2 sind, wurden mehrere Ans\u00e4tze in Betracht gezogen, um abgeschiedenes CO2 zu binden und zu sequestrieren. Das gebundene CO2 kann anschlie\u00dfend als Ressource f\u00fcr eine Vielzahl wichtiger Produkte genutzt werden. Aktuell ist der effektivste Ansatz zur CO2-Sequestrierung in industriellen Prozessen die chemische Absorption von CO2 durch L\u00f6sungsmittel wie Monoethanolamin (MEA) in einem Absorberturm. Obgleich MEA bei der Entfernung von CO2 durch die Bildung stabiler Carbamate \u00e4u\u00dferst effizient ist, so ist die Kohlendioxidr\u00fcckgewinnung \u00e4u\u00dferst energieintensiv und unwirtschaftlich. Es werden daher eine Vielzahl anderer CO2-absorbierender L\u00f6sungsmittel untersucht, um diesen Prozess wirtschaftlicher\/kosteng\u00fcnstiger zu gestalten. Um diese alternativen L\u00f6sungsmittel wirtschaftlich nutzbar zu machen, werden Katalysatoren ben\u00f6tigt, welche hohe CO2-Absorptionsraten erm\u00f6glichen. Carboanhydrase (CA) ist ein umfangreich untersuchtes Metalloenzym, das als Modell f\u00fcr CO2-umwandelnde Katalysatoren eingesetzt wird. Aufgrund der anf\u00e4lligen und empfindlichen Proteinstruktur der CA unter industriellen Bedingungen sind CA-Nachahmungen, die unter diesen Bedingungen funktionsf\u00e4hig sind, vielversprechende Kandidaten, um als Katalysatoren in CO2-Sequestrierungssystemen zu fungieren. Bereits intensiv untersuchte CA-Nachahmungen, basierend auf kleinen Molek\u00fclen und gefalteten Peptiden, sind entweder aufgrund ihrer Reaktionsgeschwindigkeiten oder aufgrund ihrer Stabilit\u00e4ten nicht nutzbar. Dieses Projekt befasst sich mit der Synthese und systematischen Untersuchung von de novo designten Peptid-Nanopartikel-Konjugaten (Nanozyme) als CA-nachahmende Katalysatoren f\u00fcr industrielle CO2-Sequestrierungssysteme. Rational designte, katalytisch aktive Peptide werden auf robusten Goldnanopartikeln und magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln immobilisiert, um komplexe selbstorganisierte Monoschichten zu erzeugen. In diesen Monoschichten k\u00f6nnen Wasserstoffbr\u00fcckennetzwerke und\/oder kooperative Interaktionen zwischen Aminos\u00e4ureseitenketten, \u00e4hnlich denen eines nat\u00fcrlichen Enzyms, generiert werden. Die katalytischen Aktivit\u00e4ten, sowie die kinetischen Parameter der Nanozyme werden mittels UV\/Vis-Spektroskopie und Stopped-Flow-Methoden (Fluss-unterbrechende Analyse), mithilfe der Michaelis-Menten Theorie bestimmt. Potentielle Anwendungen unter industriellen Bedingungen werden durch CO2-Absorptionsmessungen in verschiedenen L\u00f6sungsmitteln (MEA, sterisch anspruchsvollen und terti\u00e4re Amine, Ammoniak, Kaliumcarbonat) unter verschiedenen Bedingungen (Optimierung), gleich oder \u00e4hnlich denen eines CO2-Absorberturms untersucht. Die synthetisierten Nanozyme werden weiterhin bez\u00fcglich eines umweltfreundlichen CO2-Mineralisierungsprozesses untersucht. In diesem Prozess wird CO2 zu stabilem Calciumcarbonat umgewandelt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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