牛碳酸酐酶II介导的酶诱导碳酸盐沉淀技术在再生混凝土骨料中的应用研究

本研究针对建筑废弃物中再生混凝土骨料(RCA)孔隙率高、性能差的问题，创新性地采用纯化的牛碳酸酐酶II(bCA II)催化CO2矿化反应。通过优化pH(8.0)、温度(22°C)等参数实现高效CaCO3沉淀，使处理后的RCA表面碳酸钙沉积量显著提升，为建筑垃圾资源化和碳封存提供了新型生物催化方案。

　　

在全球建筑行业每年产生约100亿吨建筑废弃物的背景下，再生混凝土骨料(RCA)的回收利用面临重大挑战。这些骨料表面附着的老旧砂浆导致其孔隙率高、吸水性强，严重制约了在新建工程中的应用价值。与此同时，工业革命以来持续攀升的CO₂排放加剧了气候变化危机，促使研究者探索创新的碳捕获与封存技术。传统微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)方法虽有效但存在操作复杂、渗透性差等缺陷，亟需开发更高效的生物矿化途径。

针对这一双重挑战，土耳其科学和技术研究委员会(TUBITAK)资助的研究团队在《Environmental Research》发表重要成果。研究人员另辟蹊径，从牛红细胞中纯化获得牛碳酸酐酶II(bCA II)，首次将其应用于RCA的酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)处理。这种α-碳酸酐酶(α-CA)能以惊人效率催化CO₂水合反应，反应速率比自然过程快10⁷倍，为同时实现建筑废弃物增值利用和碳减排提供了全新思路。

研究团队采用亲和层析技术从屠宰场获取的牛血样本中纯化bCA II，通过SDS-PAGE验证获得分子量约30 kDa、纯度达516倍的酶制剂。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)系统表征碳酸钙晶体特性，并设计CO₂舱实验比较处理前后RCA的碳化效果。

Purification of bCA II using Sepharose 4B-L-tyrosine-sulfonylamide affinity chromatography
通过Sepharose 4B-L-酪氨酸-磺酰胺亲和层析，从牛红细胞裂解液中获得比活性达1754 U/mg的bCA II，回收率18%。电泳显示单一30 kDa条带，为后续EICP实验奠定物质基础。

Effects of reaction conditions on bCA II-induced CaCO₃ precipitation
系统优化发现pH 8.0、22°C时CaCO₃沉淀效率最高。XRD分析显示产物以方解石为主，含少量球霰石和文石，TG和FTIR证实其热稳定性与天然方解石相当。

Carbonation of RCA with bCA II
CO₂舱实验显示，经bCA II处理的RCA表面CaCO₃沉积量显著高于对照组，证实该酶能有效促进骨料碳化，填补孔隙改善性能。

这项研究开创性地将bCA II应用于建筑废弃物处理领域，证实其双重价值：既提升RCA的物理性能使其更适合混凝土再生产，又直接促进CO₂矿化封存。相比传统MICP，EICP技术无需培养微生物，反应更快速可控，且牛血来源的酶制剂成本低廉易于规模化。研究为发展"循环建筑"技术提供了关键技术支撑，未来通过优化酶固定化、反应器设计等手段，有望实现建筑行业的"负碳"生产模式。论文通讯作者O?uzhan ?ahin强调，该方法特别适合在土耳其等畜牧业发达地区推广，既能解决屠宰副产品处置问题，又能服务绿色建筑发展需求，体现"废物-资源-环境"的协同治理理念。