綠色煤炭——煤炭的生物降解轉化

★煤炭科技.加工轉化一-兗礦集團煤化公司協(xié)辦★綠色煤炭煤炭的生物降解轉化*徐敬堯張明旭(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽省淮南市，232001)滴要分析和闡述了綠色化學(xué)生物技術(shù)在煤炭生物轉化領(lǐng)域應用的重要性及其應用。生物技術(shù)與礦業(yè)技術(shù)相結合將為傳統的礦業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域注入嶄新活力，必將促進(jìn)礦業(yè)技術(shù).獲得新的更快發(fā)展。關(guān)鍵詞縑色煤炭生物轉化 生物降解 .中圖分類(lèi)號Q939. 99; TQ530.2文獻標識碼AGreen coal一- -The biodegradation of coal conversionXu Jingyao, Zhang Mingxu(School of Material Science and Engineeing, Anhui University of Science & Technology. Huainan, Anhui 232001. China)Abstract It analyses and elaborates the importance of green chemistry mining bio- technology and its applica-tion in coal biodegradation. It holds that the combination of bio- technology and mining- technology will add a newvigor in traditional mining engineering technology which will boost the development of mining technique.Key words green coal;biotranstormation; biodegradation煤炭的生物降解轉化利用與傳統的工業(yè)轉化方生物溶解。主要是利用真菌、細菌和放線(xiàn)菌等微生法相比，具有能耗低、轉化條件溫和、轉化效率.物的轉化作用來(lái)實(shí)現煤的溶解、液化和氣化，使之高、轉化產(chǎn)物的經(jīng)濟效益和應用價(jià)值高、設備要求轉化成易溶于水的物質(zhì)或者烴類(lèi)氣體，從中提取有簡(jiǎn)單和綠色環(huán)保等- -系列優(yōu)越性，因而日益受到人特殊價(jià)值的化學(xué)品及制取清潔燃料、工業(yè)添加劑與們的重視和關(guān)注，相關(guān)研究正方興未艾。農植物生長(cháng)促進(jìn)劑等，最終實(shí)現煤的溶解、液化和.從生物化學(xué)角度看，利用生物體內某種生物酶氣化。如把溶煤產(chǎn)物轉化為具有很高附加值的單一或多種生物酶來(lái)抑制有害微生物的生長(cháng)或者有害物的低分子芳烴類(lèi)和可替代石油作為清潔燃料的甲質(zhì)的產(chǎn)生，或利用微生物對某種礦物質(zhì)的選擇性作烷、甲醇和乙醇等物質(zhì)。目前微生物將纖維素轉化用來(lái)生產(chǎn)無(wú)害和潔凈礦物質(zhì)的生物轉化技術(shù)等，如為醇、將纖維索轉化為沼氣、氫氣和一氧化碳為主煤炭生物轉化技術(shù)應該屬于綠色化學(xué)范疇，因為其的煤氣甲烷化技術(shù)基本成熟，在常溫和常壓下即可加工過(guò)程是生物化學(xué)過(guò)程。進(jìn)行。利用微生物降解石油和木質(zhì)素的研究進(jìn)展迅速，煤與石油、木質(zhì)素同源，特別是年輕的低階煤1綠色化的煤炭生 物轉化技術(shù)中就含有大量的類(lèi)木質(zhì)素物質(zhì)，試驗已證明能被微1.1 生物轉化技術(shù)生物大量降解。煤炭生物轉化屬生物加工的范疇，是指煤在微煤炭的生物降解轉化研究始于20世紀80年生物參與下發(fā)生大分子的解聚作用，稱(chēng)生物降解或代。德國法克斯(Fakoussa) 和美國科恩(Co-.基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(50474056);高hen)發(fā)現，某些真菌能在煤塊上生長(cháng)，并能將煤等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項科研基金項目(20050361001); 安轉化中國煤化工物轉化研究在世界徽省高校省級自然科學(xué)研究重點(diǎn)項目(KJ2007 A083);上CNMHG進(jìn)展。國內外研究2005-2007安徽省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選科研資助專(zhuān)者已丌兩山右丁佩土初，同五這些微生物(包括細項綠色煤炭一一煤炭的生物降解轉化*67菌、放線(xiàn)菌、真菌)可降解經(jīng)氧化處理后的低價(jià)煤預處理，褐煤生物溶解能力大為增強。(氧化狀態(tài))。隨著(zhù)全球石油資源緊缺狀況的加劇,.中國大連理工大學(xué)韓威、楊海波等用硝酸氧化開(kāi)拓有著(zhù)廣泛應用價(jià)值和前景的煤炭生物轉化技平莊、扎賚諾爾褐煤，用云芝進(jìn)行生物作用，煤失術(shù)，實(shí)現以煤代油、煤炭綠色轉化之路，既符合中重及收集產(chǎn)物的分析表明，溶解達30% ~ 60%;國國情，又符合潔凈煤技術(shù)的國際發(fā)展方向，還在安徽理工大學(xué)已故王龍貴教授使用白腐菌降解轉化一定程度上可緩解國際高油價(jià)對中國的沖擊。這也硝酸處理義馬褐煤和淮南次煙煤的結果亦表明，酸是我國在能源戰略上立足國內資源優(yōu)勢，保證能源.處理有助于煤生物降解轉化。持續、可靠供應，實(shí)現能源可持續發(fā)展，特別是煤1.4 煤炭降解轉化方式的研究炭行業(yè)可持續發(fā)展的一條重要途徑。在降解轉化方式上國內外研究者主要集中在固1.2 降解轉化煤炭的微生物體溶煤和液體溶煤兩種方式，如國外的科恩(Co-能夠降解轉化煤炭微生物的來(lái)源是根據它們的hen)、斯科特(Scott)， 中國安徽理工大學(xué)的安徽代謝產(chǎn)物，如分泌的酶、螯合劑等具有攻擊煤中或省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗室等都進(jìn)行了這方面的研究。類(lèi)似于煤的有機化合物中某些成分、結構等作用，-般來(lái)說(shuō)，固體溶煤比液態(tài)溶煤效果更好，液態(tài)溶可從現有的各種微生物中篩選出來(lái)的。例如，木質(zhì)煤主要是為了進(jìn)行大規模工業(yè)應用。液態(tài)溶煤又可素結構與低階煤類(lèi)似，所以可以選用能降解木質(zhì)素分為菌體液體培養溶煤和菌體培養液(不含菌體)的微生物如黃孢原毛平革菌來(lái)進(jìn)行微生物溶煤研溶煤，它們主要是用來(lái)對溶煤機理進(jìn)行研究，以考究，并已取得一定效果。再如煤中有芳環(huán)結構，故察是哪種因素使得煤發(fā)生降解作用?？蛇x用能降解芳環(huán)的細菌如假單胞菌屬來(lái)進(jìn)行溶煤2微生物溶煤產(chǎn)物分析研究。此外，還可從生長(cháng)在暴露于自然界中煤上的微生物中分離菌種。不同微生物與不同煤樣的作用煤炭生物降解轉化產(chǎn)物的分析是基于現代煤化有一定的匹配關(guān)系，因此，不同煤種溶降解煤的微學(xué)及生物學(xué)的分離技術(shù)和分析手段所進(jìn)行的有關(guān)產(chǎn)生物的篩選就顯得非常重要。中國的煤種繁多，低物組成、結構和性質(zhì)的分析。它是降解轉化產(chǎn)物的階煤的儲量很大，進(jìn)行菌煤匹配的篩選工作具有重應用基礎，也是降解轉化機理的研究基礎。常規應大的實(shí)際意義。用的是工業(yè)分析、元素分析、紅外光譜、核磁共振已經(jīng)分離鑒定出來(lái)用于溶降解煤試驗的微生物波譜、質(zhì)譜、沉淀性與溶解性分析等。也有用紫外有很多。細菌類(lèi)有枯草芽孢桿菌，短小芽孢桿菌，線(xiàn)、氣(液)相和凝膠色譜及凝膠電泳等方法。煤.蠟狀芽孢桿菌和假單胞菌DLC-07.放線(xiàn)菌類(lèi)有.炭降解轉化產(chǎn)物的許多性質(zhì)被研究者所研究，其中云芝，鏈霉菌，鏈霉菌(75Vi2) 和栗褐鏈霉菌。.包括產(chǎn)物組成、產(chǎn)物結構、溶解度、分子量、酸沉真菌類(lèi)的擔子菌屬中有云芝，茯苓和粉狀側胞菌;淀性質(zhì)、吸光度、蛋白質(zhì)含量和發(fā)熱量等，但結論酵母菌中的一些菌種及絲狀真菌中的曲霉，土曲各異。如:煤炭生物降解轉化產(chǎn)物是酸，可沉淀，霉，曲霉菌，青霉菌和小克銀霉菌。在這些種屬其沉淀是可堿溶的，微生物溶煤產(chǎn)物極易溶于水，中，云芝、青霉、假單胞菌的液化能力較強。較難溶于甲醇，在有機酸中的溶解度，一般隨有機1.3 煤炭生物降解轉化的種類(lèi)溶劑的極性升高而增大。已故王龍貴教授的研究表已經(jīng)試驗過(guò)的煤種有風(fēng)化褐煤、褐煤，甚至年明，對于義馬褐煤、淮南次煙煤用真菌降解，其結.輕煙煤，煤溶解程度似乎與煤種關(guān)系較大，而與微論是:微生物溶煤產(chǎn)物是堿可沉淀的，其沉淀是酸生物種類(lèi)關(guān)系次之，而大多數未經(jīng)預處理的褐煤及.可溶的。年輕煙煤卻不能為所試驗的真菌所降解。一般來(lái)2.1 微生物對煤降解產(chǎn)物的可能應用講，煤溶解程度減小次序為:風(fēng)化煤，暴露于空氣煤與生物作用所得到的液體產(chǎn)物盡管在基本結中的煤，未暴露于空氣中剛開(kāi)采出來(lái)的煤。構上與褐煤相似，但由于生物種類(lèi)不同，煤樣化學(xué)試驗表明低價(jià)煤經(jīng)過(guò)預處理更容易被細菌降解組成不均一，相互作用機理不同，這些液體產(chǎn)物的轉化。為此，人們試驗了各種氧化預處理方法，如中國煤化工生物與煤作用所得用硝酸浸泡氧化處理、微波輻射處理、高溫空氣氧的液THCNMHG域。目前，由于缺化煤(150C)、 .氧化氫和臭氧(或聯(lián)合)進(jìn)行氧化乏產(chǎn)王大重純很件煤廠(chǎng)麗時(shí)僅不，這一領(lǐng)域的工作68中國煤炭第35卷第3期2009年3月進(jìn)展不大。煤炭生物轉化的機理。煤炭的降解轉化產(chǎn)物是一種水溶性的液態(tài)產(chǎn)3煤炭生物降解轉化研究的發(fā)展方向物。該產(chǎn)物含有多種官能團，具有較大的工、農、牧、醫等方面的應用潛力。對此，研究者提出了各煤炭生物降解轉化研究只有短短20來(lái)年的時(shí)種可能的用途。如費森(Faison) 根據木腐真菌溶間。美國、德國、意大利、澳大利亞等發(fā)達國家在解煤所得產(chǎn)物的特點(diǎn)與該菌溶解木質(zhì)素所得到的聚此領(lǐng)域已開(kāi)展了廣泛的研究并取得一系列成果。中合木質(zhì)素是相似的特點(diǎn)提出:被木質(zhì)素真菌所溶解國隨后也緊跟其上，但目前這方面的研究工作進(jìn)展的煤類(lèi)物質(zhì)可望像聚合木質(zhì)素那樣，工業(yè)上用于抗較慢，還存在不少問(wèn)題，主要表現在兩個(gè)方面。氧劑、表面活性劑、樹(shù)脂或黏合劑成分，特別是作(1)溶煤菌種方面。目前在溶煤菌種的尋求上為商業(yè)離子交換樹(shù)脂或吸附劑用;農業(yè)上用作土壤還未取得突破性進(jìn)展，尚未找到效果特別顯著(zhù)且適調節劑，改善植物根部的吸收;醫學(xué)上作為免疫輔應廣泛的廉價(jià)菌種。目前所報道的菌種對煤炭的降藥等。并且指出，真菌作用溶解煤而釋放出低分子解轉化能力有限，且菌種在生長(cháng)過(guò)程中還需另外加芳烴，這些芳烴帶有很多含氧官能團，是工業(yè)上有.人各種營(yíng)養物，這使得溶煤成本大大提高。這一點(diǎn)價(jià)值的化學(xué)品?？死锥?Klein) 等建議，可將煤也是制約煤的微生物轉化技術(shù)工業(yè)化的瓶頸。的轉化產(chǎn)物合成聚羥基烯烴類(lèi)精細化學(xué)品?？ㄆ尜愅ㄟ^(guò)現代生物工程手段選育、創(chuàng )造出高效煤炭德(Catcheside) 等認為，目前煤炭降解轉化技術(shù)轉化菌種，進(jìn)一步加快煤炭轉化速度，降低溶煤成在低階煤選礦、低階煤的特殊低分子量有機物的轉本，為工業(yè)化應用技術(shù)研究打下基礎?；约爸迫⌒碌囊后w燃料等方面的應用已成為從當代生物技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，各種新技術(shù)、新可能。.方法層出不窮，為我們徹底改造煤炭轉化菌，培育生物溶解煤的多酚多陰離子結構在農業(yè)方面得性能優(yōu)異新菌種提供了技術(shù)上的支持。利用多樣性到了應用，可以作為土壤調節劑，改善植物根部的.的生物基因庫，構成特定功能的微生物新種群，實(shí)吸收作用，解除士壤中的有害化學(xué)物質(zhì)。佟威等用現煤炭的高效轉化對跨學(xué)科地研究，以實(shí)現最后的花盆土培養考察云芝培養液溶解硝酸氧化樣品對玉突破有著(zhù)重要的意義。目前，細胞工程、基因工程米種植的影響，結果表明澆灌煤溶物水溶液有助于在此領(lǐng)域的應用已經(jīng)朝著(zhù)構建能夠降解特殊化合物玉米出苗及干旱時(shí)增加抗旱能力。同時(shí)他們又考察超級工程菌的微生物方向前進(jìn)，基因操作水平被用了煤溶物對蒜苗的生物影響，發(fā)現煤溶產(chǎn)物對蒜苗來(lái)提高微生物體內特異酶水平，而這些酶具有特異的生長(cháng)具有明顯刺激作用。王龍貴教授進(jìn)行了利用性生物轉化的作用。研究表明，這些酶是由降解質(zhì)白腐真菌把硝酸預處理義馬褐煤降解后的水溶物作粒編碼組成，降解質(zhì)粒常見(jiàn)于細菌的細胞質(zhì)，分子為水煤漿添加劑的試驗研究，制備了兩種濃度量大，通過(guò)2個(gè)細菌的相互接觸，質(zhì)?？蓮墓w細(50%，68%)的水煤漿，通過(guò)對其物理化學(xué)性質(zhì)菌轉移到受體細菌，而供體細菌通過(guò)復制作用仍可的研究表明:該水煤漿具有較高濃度、較低粘度、保持這種質(zhì)粒。降解質(zhì)粒的發(fā)現及其轉移和用生物較好流動(dòng)性和較高穩定性，即優(yōu)質(zhì)水煤漿。價(jià)格方工程構建特殊功能的超級新菌的成功對煤炭的生物面考慮到微生物培養基的成本，與蔡系添加劑成本轉化開(kāi)辟了廣闊的前景。據報道，美國就已用4種基本差不多。假單胞細菌的基因組人到同一菌株中，創(chuàng )造了有超2.2生 物降解轉化煤炭機理的探討常降解能力的超級菌，其降解石油的速度奇快，幾雖然，研究者們提出了多種生物溶煤機理，如小時(shí)能夠分解石油中2/3的烴類(lèi)，而自然降解需要.堿作用機理、生物分泌的螯合劑作用機理、酶作用1年多才行。機理等，但到現在為止，到底是哪種作用機制，還(2)微生物溶煤產(chǎn)物利用方面。人們一直希望不十分清楚。本實(shí)驗窒擬著(zhù)手從多方面研究探討煤用微生物降解轉化煤來(lái)生成某些結構單一的、有較炭的生物降解轉化機理，如菌的培養液對煤炭降解高經(jīng)濟價(jià)值的化學(xué)品。由于煤本身結構的復雜性及轉化作用、溶解產(chǎn)物的紅外光譜、X_射線(xiàn)衍射等煤微中國煤化工的復雜性，要想直手段和煤炭降解產(chǎn)物的熱分析等，對煤轉化產(chǎn)物與接得Y臺CN M H G的困難。但有報道原煤結構及組成進(jìn)行比較等，從更深層次上來(lái)研究把煤先氣化再利用微生物間接轉化成甲烷等單一化綠色煤炭一煤炭的生物降解轉化 "59學(xué)品。研究者就微生物溶煤產(chǎn)物曾提出了許多可能版社，1996年5月的用途，但目前溶煤液態(tài)產(chǎn)物只在用作農作物生長(cháng)[3]王龍貴。煤炭的微生物轉化與利用[M]. 北京:化促進(jìn)劑方面取得了一定進(jìn)展。鑒于煤的生物轉化成學(xué)工業(yè)出版社，2006年1月[4] 張明旭，王龍貴.煤炭生物轉化技術(shù)研兗及其進(jìn)展本及效率，開(kāi)發(fā)新的用途顯得非常重要。綜上所述，尋求高效菌種、開(kāi)發(fā)溶煤新產(chǎn)品和[5[J] .安徽理工大學(xué)學(xué)報, 2005 (4)王龍貴，歐澤琛.析燃煤污染危害及其防治[J] .拓展溶煤產(chǎn)物的新用途將是今后煤的微生物轉化的選煤技術(shù), 2004 (1)主要研究方向。雖然煤的微生物轉化研究目前仍處[6] 韓威，佟威，楊海波，煤的微生物溶(降)解及其于探索階段,但它是煤綜合利用研究中的新領(lǐng)域，產(chǎn)物研究[J] .大連理工大學(xué)學(xué)報，1994 (6)因而前最十分廣闊。中國有豐富的煤炭資源，熱值[7] 柳麗芬，陽(yáng)衛軍，成瑩等.鶴崗風(fēng)化酶的微生物溶低和利用價(jià)值低的褐煤以及風(fēng)化煤、泥炭的儲量很解研究[J] .大連理工大學(xué)學(xué)報，1996 (4)大，因此有針對性地研究低價(jià)煤的微生物轉化技.[8]張東晨.現代礦業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展及在煤炭加工中術(shù)，在中國具有更重大的現實(shí)意義。的應用[J] .中國煤炭，2006 (3)參考文獻:作者簡(jiǎn)介:徐敬堯(1971-),男，安徽淮南人，講[1] 仲崇立編著(zhù).綠色化學(xué)導論[M] .北京:化學(xué)工業(yè)師，博士研究生,從事煤炭生物轉化研究。出版社，2000年9月[2_魏德洲。資源微生物技術(shù)[M] .北京:冶金工業(yè)出(責任編輯康淑云)(上接第63頁(yè))并且對故障響應速度快，解決了傳統保護系統需要控制信號切斷該條線(xiàn)路，并將故障數據信息、報警對檢測數據進(jìn)行集中處理而導致的誤判或控制延遲信息以及分支位置信息發(fā)送到中心節點(diǎn)處，由中心的缺陷，具有很好的應用前景。節點(diǎn)對數據進(jìn)行處理并傳輸到用戶(hù)終端進(jìn)行顯示。路由節點(diǎn)應用程序流程如圖5所示。[1] 孟祥忠?，F代供電技術(shù)[M] .北京:清華大學(xué)出版初始化社，2006[數據采集[2] 董挺挺，沙超等?；贑C2420的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據漶波]節點(diǎn)的設計[M] .計算機與自動(dòng)化技術(shù)，2007[3] 束洪春。配電網(wǎng)絡(luò )故障選線(xiàn)[M] .北京:機械工業(yè)'零序電壓達出版社，2008 (8)到動(dòng)作值?4] Yuan Zhenhai A Study on Zero Sequence DC SmallYYCurrent Earthing Line Selection System Leaking Resistance零序電流大零序電流方 NDC Voltage [C] . Proceedings of the 2004 International于整定值?向為正E?Conference (CDIC04) IEEE, 2004Y[5]IEEE Std. 802. 15. 4- 2003. Wireless Medium Acess[斷定該分支福電Control (MAC) and Physical Layer (PHY) SpecificationsC發(fā)出控制信號]for Low Rate Wireless Personal Area Networks. 2003發(fā)送報警信號[6]Polastre J, Saewczyk R, Mainwaring A. Culler D,和位置信號Anderson J, Analysis of wireless sensor networks for habitatmonitoring. Wireless Sensor Networks, 2004圖5路由節點(diǎn)應用程序 流程圖4結語(yǔ)作者簡(jiǎn)介:孟祥忠(1964-),男，教授,博士。主要研究方向是電網(wǎng)智能控制與保護、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。本文將無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )引人到礦井電網(wǎng)漏電保護中國煤化工系統中，相對傳統有線(xiàn)的漏電保護系統，無(wú)線(xiàn)系統YHCN M H G任編輯張艷華)定位簡(jiǎn)單，無(wú)需走線(xiàn)，成本低廉，抗干擾能力強，70中國煤炭第35卷第3期2009年3月