★煤炭科技.加工轉(zhuǎn)化一-兗礦集團(tuán)煤化公司協(xié)辦★綠色煤炭煤炭的生物降解轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化領(lǐng)域應(yīng)用的重要性及其應(yīng)用。生物技術(shù)與礦業(yè)技術(shù)相結(jié)合將為傳統(tǒng)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(zhuǎn)化 生物降解 .中圖分類號Q939. 99; TQ530.2文獻(xiàn)標(biāo)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(zhuǎn)化利用與傳統(tǒng)的工業(yè)轉(zhuǎn)化方生物溶解。主要是利用真菌、細(xì)菌和放線菌等微生法相比，具有能耗低、轉(zhuǎn)化條件溫和、轉(zhuǎn)化效率.物的轉(zhuǎn)化作用來實現(xiàn)煤的溶解、液化和氣化，使之高、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價值高、設(shè)備要求轉(zhuǎn)化成易溶于水的物質(zhì)或者烴類氣體，從中提取有簡單和綠色環(huán)保等- -系列優(yōu)越性，因而日益受到人特殊價值的化學(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(nóng)植物生長促進(jìn)劑等，最終實現(xiàn)煤的溶解、液化和.從生物化學(xué)角度看，利用生物體內(nèi)某種生物酶氣化。如把溶煤產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為具有很高附加值的單一或多種生物酶來抑制有害微生物的生長或者有害物的低分子芳烴類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(zhuǎn)化用來生產(chǎn)無害和潔凈礦物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)等，如為醇、將纖維索轉(zhuǎn)化為沼氣、氫氣和一氧化碳為主煤炭生物轉(zhuǎn)化技術(shù)應(yīng)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程是生物化學(xué)過程。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(zhuǎn)化技術(shù)中就含有大量的類木質(zhì)素物質(zhì)，試驗已證明能被微1.1 生物轉(zhuǎn)化技術(shù)生物大量降解。煤炭生物轉(zhuǎn)化屬生物加工的范疇，是指煤在微煤炭的生物降解轉(zhuǎn)化研究始于20世紀(jì)80年生物參與下發(fā)生大分子的解聚作用，稱生物降解或代。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h(yuǎn)en)發(fā)現(xiàn)，某些真菌能在煤塊上生長，并能將煤等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目(20050361001); 安轉(zhuǎn)化中國煤化工物轉(zhuǎn)化研究在世界徽省高校省級自然科學(xué)研究重點項目(KJ2007 A083);上CNMHG進(jìn)展。國內(nèi)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者已丌兩山右丁佩土初，同五這些微生物(包括細(xì)項綠色煤炭一一煤炭的生物降解轉(zhuǎn)化*67菌、放線菌、真菌)可降解經(jīng)氧化處理后的低價煤預(yù)處理，褐煤生物溶解能力大為增強(qiáng)。(氧化狀態(tài))。隨著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拓有著廣泛應(yīng)用價值和前景的煤炭生物轉(zhuǎn)化技平莊、扎賚諾爾褐煤，用云芝進(jìn)行生物作用，煤失術(shù)，實現(xiàn)以煤代油、煤炭綠色轉(zhuǎn)化之路，既符合中重及收集產(chǎn)物的分析表明，溶解達(dá)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(zhuǎn)化一定程度上可緩解國際高油價對中國的沖擊。這也硝酸處理義馬褐煤和淮南次煙煤的結(jié)果亦表明，酸是我國在能源戰(zhàn)略上立足國內(nèi)資源優(yōu)勢，保證能源.處理有助于煤生物降解轉(zhuǎn)化。持續(xù)、可靠供應(yīng)，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，特別是煤1.4 煤炭降解轉(zhuǎn)化方式的研究炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。在降解轉(zhuǎn)化方式上國內(nèi)外研究者主要集中在固1.2 降解轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化煤炭微生物的來源是根據(jù)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)工程重點實驗室等都進(jìn)行了這方面的研究。類似于煤的有機(jī)化合物中某些成分、結(jié)構(gòu)等作用，-般來說，固體溶煤比液態(tài)溶煤效果更好，液態(tài)溶可從現(xiàn)有的各種微生物中篩選出來的。例如，木質(zhì)煤主要是為了進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。液態(tài)溶煤又可素結(jié)構(gòu)與低階煤類似，所以可以選用能降解木質(zhì)素分為菌體液體培養(yǎng)溶煤和菌體培養(yǎng)液(不含菌體)的微生物如黃孢原毛平革菌來進(jìn)行微生物溶煤研溶煤，它們主要是用來對溶煤機(jī)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(jié)構(gòu)，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(xì)菌如假單胞菌屬來進(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(zhuǎn)化產(chǎn)物的分析是基于現(xiàn)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(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析。它是降解轉(zhuǎn)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(yīng)用基礎(chǔ)，也是降解轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究基礎(chǔ)。常規(guī)應(yīng)大的實際意義。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(xì)菌類有枯草芽孢桿菌，短小芽孢桿菌，線、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.放線菌類有.炭降解轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、溶解度、分子量、酸沉真菌類的擔(dān)子菌屬中有云芝，茯苓和粉狀側(cè)胞菌;淀性質(zhì)、吸光度、蛋白質(zhì)含量和發(fā)熱量等，但結(jié)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(zhuǎn)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(qiáng)。較難溶于甲醇，在有機(jī)酸中的溶解度，一般隨有機(jī)1.3 煤炭生物降解轉(zhuǎn)化的種類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(jié).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關(guān)系次之，而大多數(shù)未經(jīng)預(yù)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2.1 微生物對煤降解產(chǎn)物的可能應(yīng)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(jié)中的煤，未暴露于空氣中剛開采出來的煤。構(gòu)上與褐煤相似，但由于生物種類不同，煤樣化學(xué)試驗表明低價煤經(jīng)過預(yù)處理更容易被細(xì)菌降解組成不均一，相互作用機(jī)理不同，這些液體產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。為此，人們試驗了各種氧化預(yù)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)王大重純很件煤廠麗時僅不，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(zhuǎn)化的機(jī)理。煤炭的降解轉(zhuǎn)化產(chǎn)物是一種水溶性的液態(tài)產(chǎn)3煤炭生物降解轉(zhuǎn)化研究的發(fā)展方向物。該產(chǎn)物含有多種官能團(tuán)，具有較大的工、農(nóng)、牧、醫(yī)等方面的應(yīng)用潛力。對此，研究者提出了各煤炭生物降解轉(zhuǎn)化研究只有短短20來年的時種可能的用途。如費森(Faison) 根據(jù)木腐真菌溶間。美國、德國、意大利、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家在解煤所得產(chǎn)物的特點與該菌溶解木質(zhì)素所得到的聚此領(lǐng)域已開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，還存在不少問題，主要表現(xiàn)在兩個方面。氧劑、表面活性劑、樹脂或黏合劑成分，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)離子交換樹脂或吸附劑用;農(nóng)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且適調(diào)節(jié)劑，改善植物根部的吸收;醫(yī)學(xué)上作為免疫輔應(yīng)廣泛的廉價菌種。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(zhuǎn)化能力有限，且菌種在生長過程中還需另外加芳烴，這些芳烴帶有很多含氧官能團(tuán)，是工業(yè)上有.人各種營養(yǎng)物，這使得溶煤成本大大提高。這一點價值的化學(xué)品。克雷恩(Klein) 等建議，可將煤也是制約煤的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)工業(yè)化的瓶頸。的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物合成聚羥基烯烴類精細(xì)化學(xué)品?？ㄆ尜愅ㄟ^現(xiàn)代生物工程手段選育、創(chuàng)造出高效煤炭德(Catcheside) 等認(rèn)為，目前煤炭降解轉(zhuǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)化菌種，進(jìn)一步加快煤炭轉(zhuǎn)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(jī)物的轉(zhuǎn)本，為工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。化以及制取新的液體燃料等方面的應(yīng)用已成為從當(dāng)代生物技術(shù)的發(fā)展來看，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(zhuǎn)化菌，培育生物溶解煤的多酚多陰離子結(jié)構(gòu)在農(nóng)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(yīng)用，可以作為土壤調(diào)節(jié)劑，改善植物根部的.的生物基因庫，構(gòu)成特定功能的微生物新種群，實吸收作用，解除士壤中的有害化學(xué)物質(zhì)。佟威等用現(xiàn)煤炭的高效轉(zhuǎn)化對跨學(xué)科地研究，以實現(xiàn)最后的花盆土培養(yǎng)考察云芝培養(yǎng)液溶解硝酸氧化樣品對玉突破有著重要的意義。目前，細(xì)胞工程、基因工程米種植的影響，結(jié)果表明澆灌煤溶物水溶液有助于在此領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)朝著構(gòu)建能夠降解特殊化合物玉米出苗及干旱時增加抗旱能力。同時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(xiàn)煤溶產(chǎn)物對蒜苗來提高微生物體內(nèi)特異酶水平，而這些酶具有特異的生長具有明顯刺激作用。王龍貴教授進(jìn)行了利用性生物轉(zhuǎn)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(yù)處理義馬褐煤降解后的水溶物作粒編碼組成，降解質(zhì)粒常見于細(xì)菌的細(xì)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2個細(xì)菌的相互接觸，質(zhì)?？蓮墓w細(xì)(50%，68%)的水煤漿，通過對其物理化學(xué)性質(zhì)菌轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌，而供體細(xì)菌通過復(fù)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(xiàn)及其轉(zhuǎn)移和用生物較好流動性和較高穩(wěn)定性，即優(yōu)質(zhì)水煤漿。價格方工程構(gòu)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(yǎng)基的成本，與蔡系添加劑成本轉(zhuǎn)化開辟了廣闊的前景。據(jù)報道，美國就已用4種基本差不多。假單胞細(xì)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(zhuǎn)化煤炭機(jī)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(jī)理，如小時能夠分解石油中2/3的烴類，而自然降解需要.堿作用機(jī)理、生物分泌的螯合劑作用機(jī)理、酶作用1年多才行。機(jī)理等，但到現(xiàn)在為止，到底是哪種作用機(jī)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。本實驗窒擬著手從多方面研究探討煤用微生物降解轉(zhuǎn)化煤來生成某些結(jié)構(gòu)單一的、有較炭的生物降解轉(zhuǎn)化機(jī)理，如菌的培養(yǎng)液對煤炭降解高經(jīng)濟(jì)價值的化學(xué)品。由于煤本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及轉(zhuǎn)化作用、溶解產(chǎn)物的紅外光譜、X_射線衍射等煤微中國煤化工的復(fù)雜性，要想直手段和煤炭降解產(chǎn)物的熱分析等，對煤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物與接得Y臺CN M H G的困難。但有報道原煤結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行比較等，從更深層次上來研究把煤先氣化再利用微生物間接轉(zhuǎn)化成甲烷等單一化綠色煤炭一煤炭的生物降解轉(zhuǎn)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(nóng)作物生長[3]王龍貴。煤炭的微生物轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化技術(shù)研兗及其進(jìn)展本及效率，開發(fā)新的用途顯得非常重要。綜上所述，尋求高效菌種、開發(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(zhuǎn)化的選煤技術(shù), 2004 (1)主要研究方向。雖然煤的微生物轉(zhuǎn)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，陽衛(wèi)軍，成瑩等.鶴崗風(fēng)化酶的微生物溶低和利用價值低的褐煤以及風(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煤的微生物轉(zhuǎn)化技.[8]張東晨.現(xiàn)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(xiàn)實意義。的應(yīng)用[J] .中國煤炭，2006 (3)參考文獻(xiàn):作者簡介:徐敬堯(1971-),男，安徽淮南人，講[1] 仲崇立編著.綠色化學(xué)導(dǎo)論[M] .北京:化學(xué)工業(yè)師，博士研究生,從事煤炭生物轉(zhuǎn)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(zé)任編輯康淑云)(上接第63頁)并且對故障響應(yīng)速度快，解決了傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)需要控制信號切斷該條線路，并將故障數(shù)據(jù)信息、報警對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理而導(dǎo)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(jié)點處，由中心的缺陷，具有很好的應(yīng)用前景。節(jié)點對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并傳輸?shù)接脩艚K端進(jìn)行顯示。路由節(jié)點應(yīng)用程序流程如圖5所示。[1] 孟祥忠?，F(xiàn)代供電技術(shù)[M] .北京:清華大學(xué)出版初始化社，2006[數(shù)據(jù)采集[2] 董挺挺，沙超等?；贑C2420的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)漶波]節(jié)點的設(shè)計[M] .計算機(jī)與自動化技術(shù)，2007[3] 束洪春。配電網(wǎng)絡(luò)故障選線[M] .北京:機(jī)械工業(yè)'零序電壓達(dá)出版社，2008 (8)到動作值?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(jié)點應(yīng)用程序 流程圖4結(jié)語作者簡介: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(hù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文將無線傳感網(wǎng)絡(luò)引人到礦井電網(wǎng)漏電保護(hù)中國煤化工系統(tǒng)中，相對傳統(tǒng)有線的漏電保護(hù)系統(tǒng)，無線系統(tǒng)YHCN M H G任編輯張艷華)定位簡單，無需走線，成本低廉，抗干擾能力強(qiáng)，70中國煤炭第35卷第3期2009年3月