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二苯噻吩的微生物脫硫及其在脫煤中有機硫的應用

時間:2017-08-19  來源:本網  瀏覽次數:2588

  續發展和環境治理的教學和科研工作。h,。a.,k1.u是這些微生物氧化復雜的有機硫化合物的一般能力。

  1前言1996年中國煤生產總量和消費總量分別占能源生產和消費總量的74.1%和75%二氧化硫排放量約90%來自燃煤,SO2是形成酸雨的主要物質不管是大型燃煤鍋爐還是中小型燃煤鍋爐、生活用煤,燃前脫硫都有重要的環境意義煤燃前脫硫方法有物理化學和微生物方法,燃前物理和化學法脫硫能有效地脫除煤中無機硫,但是脫除有機硫的效果很差,而且反應條件苛刻、費用高煤的熱值和粘結性下降腐蝕性增強、操作費用高。燃前微生物脫煤中黃鐵礦硫由于具有投資少、反應條件溫和、運行費用低,專一性強對煤的熱值影響小等優點而越來越受到人們的關注。雖然該方法仍存在一些缺點,如菌株世代期長、脫硫速度慢、不能脫有機硫、廢液處理困難、微生物在煤中殘留等過去30多年來,大量實驗研究成果表明技術上可行,微生物脫煤中黃鐵礦硫的研究已拓展到放大研究和費用估算用微生物脫除煤中有機硫將是煤脫硫微生物方法的關鍵問題之一。國外對微生物脫煤中無機硫和有機硫的研究異?;钴S,尤其是后者。DBT是化石燃料中發現的模型有機硫化合物,以DBT作為**的硫源來篩選富集適合煤有機硫脫除的微生物是一大熱點2煤中有機硫的模型化合物DBT的脫硫機理和微生物21煤中有機硫的形態煤中有機硫以C-S鍵結合在煤大分子骨架中,目前提出的有機硫形態有:脂肪硫醇或芳香硫酚、脂肪硫醚或芳香硫醚或混合硫醚脂肪二硫醚或芳香二硫醚或混合二硫醚噻吩類的雜環化合物要脫除煤中有機硫必須特異性地斷裂一個或二個C-S鍵研究者常把煤有機硫的模型化合物DBT作硫源來篩選微生物,但是DBT中的硫與煤中硫的形態有非常大的差異:(1)煤中的硫是以C-S鍵結合在非常復雜的煤高分子中,煤分子不可能進入細胞內,細胞在煤粒中也不易移動,這樣就帶來了煤中硫的生物可利用性低的問題,而DBT是小分子,在水中溶解度低,可通過一定的作用進入細胞內;(2)煤中的有機硫形態復雜多樣,而簡單的DBT僅僅作為復雜的有機硫雜環化合物的代表,以DBT作為特異性硫源來篩選微生物主要說明的22DBT的微生物脫硫機理多也*有應用前景的微生物是特異性硫降解DBT的DBT的微生物脫硫可以是好氧微生物脫硫和厭微生物。

  氧微生物脫硫好氧微生物脫DBT硫的途徑概括起來3. 1微生物對DBT特異性脫硫速率和穩定性可分成三種**種途徑:DBT在微生物作用下其中微生物對DBT的特異性脫硫速率是指在一定條一個苯環發生斷裂或發生羥基化或噻吩環中硫原子被件下,單位時間產生的平均2-HBP量該參數是重要氧化,但是有機硫沒有脫除,降解產物分別有3-羥基的經濟技術參數,它的影響因素如表2-2-甲酰-苯并噻吩、1,2-二羥基-1,2-二氧二苯噻吩、4——2-氧代-3 -丁烯酸二苯噻吩-5-亞砜和二苯噻吩-5-砜;第二種途徑:微生物以DBT為碳源、硫源和能源,硫原子雖然脫除,但是會導致煤熱值下降,*終降解產物為硫酸、二氧化碳和水;第三種途徑:微生物特異性地斷裂C-S鍵,DBT全部或大部分轉化為2-羥基聯苯(2-hydroxybipheny 1,簡稱2-HBP),有機硫原子以SO42-脫除,熱值下降小,這種途徑作“4S‘途徑或特異性脫硫途徑,在微生物脫煤有機硫方面具有廣闊的應用前景。微生物DBT厭氧脫硫的降解產物為聯苯和硫表2DBT微生物特異性脫硫速率的影響因素生物學因素微生物對DBT的特異性脫硫活性a微生物群落和生物量微生物生長的動力學常數b抗毒物能力c穩定性d化學因素物理因素pHDBT及降解*終產物SO42-,2-HBP溫度、2的傳質、2-HBP的升華和分配a由于細菌計數不方便,微生物對DBT的特異性脫硫活性可用在一定條件下的單位時間單位細胞干重的2-HBP濃度來表示或用在一定條件下單位時間,在*大吸收波長下吸光度為1時的2-HBP濃度來表示b.微生物生長的動力學常數有*大比生長速率常數產率常數(Y)和飽和常數Ks(即微生物比生長速率等于Mm/2時的基質濃度)化氫,存在BS的二次污染治理問題,這方面的研究c.有毒化合物對微生物的DBT特異性脫硫活性的影響菌株化合物都有專一性血對煤的熱值影小晶前研究得*的更簡單的降解e!DBT的途徑。等人從R.bookmark3較少微生物脫DBT硫的前沿研究已經轉向特異性降解DBT,其它途徑的降解研究已經很少23降解DBT的微生物降解DBT的菌種來自土壤、溫泉油田、煤礦區,例如,褐煤風化過程中微生物存在演替現象降解DBT的微生物按DBT的降解途徑分成三類,見表1表1降解DBT的微生物分類降解DBT途徑**種門多隆假單胞菌(Ps.mendocas)途徑爭論產減生物變型I產喊假單胞菌(Pseudomonas司徒茨氏假單胞菌(Ps.Stutzeris)途徑假單胞菌灰暗諾卡氏菌分枝桿菌熒光假單胞(Pseudomonas 3特異性硫降解DBT的微生物要成功地應用菌株脫煤有機硫必須滿足以下幾個先決條件:(1)微生物在煤脫硫的條件能正常生長;(2)提高有機硫的生物可利用性;(3)脫硫酶對不同有機硫d.各種物理化學因素對DBT的特異性脫硫活性和微生物生長的動力學常數的影響。

  3.2特異性硫降解DBT的微生物的抗毒物能力DBT模型化合物及其降解中間產物*終產物對菌株的抑制的可能性值得研究幾乎每種特異性硫降解DBT的微生物生長都會受到降解產物2-HBP的抑制,2-HBP對微生物的抑制作用是降解DBT的速控因素。雖然特異性硫降解DBT的微生物用于脫煤中雜環有機硫不會產生2-HBP,但是降解時產生的SO,和其它含羥基產物,以及煤的其它成份,如重金屬離子,對菌株的抑制作用需要深入研究3.3細胞同化硫酸鹽特異性硫降解DBT中,硫原子以水溶性硫酸鹽除去,化學上S42的產生量和DBT的降解量應相等,但是SO42-被某些菌同化由于生物質在煤中殘留會導致同化的硫仍殘留在煤中和煤的穩定性下降3.4特異性硫降解DBT的微生物的基因研究為了深入理解微生物脫有機硫的機理和獲得更好的菌株有必要加強有關特異性脫DBT硫的微生物的生理、生化和基因研究,R.rhodochrousIGTS8的基因研究異?;钴S。Christopher等人和Denome等人報道了該菌群專司DBT脫硫的DNA的分子克隆和特征這個DNA包括dszadszb和dszc三個基因,這個基因群把降解DBT轉化成2-HBP的酶譯成密碼。根據基因的亞克隆分析結果,他們提出了一個修正rhodochrousIGTS8分離并純化到一種新的NADH FMN氧化還原酶(一種紅球菌屬黃素還原酶),把它應用在化石燃料脫硫,該酶能活化dszc(DBT單氧化酶)和dsza(DBT砜單氧化酶)通過復制專司DBT脫硫的基因數和脫煤中有機硫的基因數可得到活性更高特異性更強的菌株,基因克隆技術的應用為微生物脫有機硫展開了光明的前*5特異性硫降解DBT的微生物在脫煤中有機硫的應用用DBT作模型化合物篩選到的微生物是否同樣能特異性硫降解其它有機硫化合物還需繼續研究,也不能外延到煤用單一模型化合物篩選到的微生物脫煤中有機硫的有效性取決于以共價鍵結合在煤大分子中該化合物形態的硫在煤中的相對含量,因為不同形態的硫被同一微生物降解能力是有差異的。原煤經強酸強堿或強堿處理后得到水溶性煤,以水溶性煤作為硫源有人認為是一個理想的研究微生物脫煤中有機硫的模型化合物。水溶性煤作基質有如下優點:(1)克服了微生物對煤中C-S的生物可利用性低的問題;(2)有機硫的形態比DBT更接近煤但是原煤中的有機硫并沒有全部進入水溶性煤中。R.RhodochrousIGTS819在24小時內特異地脫除(脫除率為39%- 85%)水溶性煤中的有機硫,該菌株21天脫除煤中21%-4%的有機硫。其它特異性硫降解DBT的微生物對煤和水溶煤的脫有機硫效果還未見報道4結論用DBT作為煤中有機硫的模型化合物來篩選特異性脫有機硫的微生物是開發脫煤中有機硫微生物技術的**步,這些微生物能否實用還面臨許多挑戰1這些微生物能特異性地脫有機硫,對不同形態的有機硫要有廣泛的專一性4.2即使能脫去小分子的各種有機硫,但是脫煤中有機硫要困難得多復雜得多。首先的問題是煤中有機硫的生物利用性低,這是一個牽涉煤有機硫脫除率和脫硫率的關鍵經濟技術指標,基因工程為克服這個問題提供了非常有前途的解決方法為了提高煤的生物利用率,脫硫機理還有許多問題需弄清,其它物理化學因素和方法同樣值得研究,例如煤的粒徑、表面性質、傳質,煤的液化和乳化等。

  4.3抑制微生物對硫酸鹽的同化,減少生物質在煤中殘留。

  4.4提高微生物的抗毒物能力、活性和穩定性。

  5,r從經濟技術角度看煤中有無機硫和有機硫應在。1994-2nacademicioumailectromc同一生物反應系統中脫除,如果用混合菌株,那么如何設計工藝方式和優化工藝參數使脫無機硫和脫有機硫的菌株都具良好的性能,這是必須解決的問題必須克服前面提到的微生物脫煤中硫的缺點,實現途徑之一是繼續篩選更好菌株基因克隆和基因轉移可能是獲得高性能的脫無機硫菌株和脫有機硫菌株甚至既能脫無機硫又能脫有機硫的超級菌株的**途徑到目前為止國內篩選的菌株還不具備實際應用價值從目前世界微生物脫硫技術進展看,該方法將可能在潔凈煤生產得到實際應用,我國應加大這方面的科研投入,開發微生物脫煤中硫的實用技術,這對我國能源可持續發展和環境保護都有非常重要的意義

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