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《2019年中国过程系统工程年会(PSE2019)论文集》2019年
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酶光耦合催化人工光合作用系统的通用数学模型

孙国铭  石家福  罗祎青  袁希钢  
【摘要】:实现人工光合作用过程对实现人类的可持续发展具有重要意义,也是科技界的梦想。近年来,研究者将酶催化与光催化结合,构建了酶光协同催化系统,在人工光合作用、立体异构合成等领域取得了一系列进展,但距离实现人工光合作用的商业化生产还有较远的距离。其中主要障碍之一是在了解人工光合作用基础上如何深入了解其工程规律,进而建立有工程价值的人工光合作用过程。目前酶光耦合催化系统尚没有成熟的数学模型,研究者在调节酶催化剂和光催化剂的用量、选择固定化材料、选择微囊尺寸时,只能依靠经验和反复试验,很难对实验结果进行定量的解释,也很难对已有的系统进行优化。本研究分别为游离和固定化的酶光耦合系统建立了微分方程数学模型,求解模型,得到了酶光耦合系统的稳态解、达到稳态的条件以及达到稳态所需的时间。使用该模型,可以定量计算各实验条件对系统的影响,从而为酶光耦合人工光合作用系统的构建和优化打下基础。同时,研究结果也解释了固定化酶光耦合系统与固定化酶系统表观动力学不同的原因。

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