生物制氢研究进展_产氢机理与研究动态
2006年第25卷第9期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1001·
化工进展
生物制氢研究进展(Ⅰ)
产氢机理与研究动态
柯水洲，马晶伟
（湖南大学土木工程学院水科学与工程系，湖南长沙 410082）
摘要：阐述了7类生物制氢系统的产氢机理、影响因素以及提高产氢率和产氢量的方法，介绍了国外最新的研究进展。光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术是研究的热点，而厌氧发酵由于产氢效率较高而成为最具潜力的生物制氢技术之一。光合–发酵杂交技术不仅减少了所需光能，而且增加了氢气产量，同时也彻底降解了有机物，使该技术成为生物制氢技术的发展方向。
关键词：生物制氢；光发酵；厌氧发酵
中图分类号：Q 939.9；TK 91 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2006）09–1001–06
Progress of biological hydrogen production(Ⅰ)
Mechanism and development
KE Shuizhou，MA Jingwei
(Department of Water Engineering and Science，School of Civil Engineering，Hunan University，
Changsha 410082，Hunan，China)
Abstract：This paper presents seven types of biological hydrogen production systems and the mechanism，affecting factors，methods of enhancement of hydrogen production as well as research progress. The recent studies are focused on photo fermentation and anaerobic fermentation technology.
Anaerobic fermentation systems have the great potential to be developed as practical biological hydrogen systems due to its high hydrogen yield. A hybrid system using photosynthesis and fermentative bacteria can enhance the hydrogen production and reduce the need for light. The process will be the future direction of biological hydrogen production.
Key words：biological hydrogen production；photo fermentation；anaerobic fermentation
目前全世界所需要的80%的能源都来自于化石燃料，但其储量有限，且趋于枯竭。化石燃料燃烧时生成CO x、SO x、NO x、C x H x、烟雾、灰尘、焦油和其他有机化合物，造成了严重的环境污染并使全球气候发生变化[1]。为了缓解能源危机和环境问题，氢气将是最佳的替代能源。
氢是一种清洁的新型能源，不含碳、硫及其他的有害杂质，和氧燃烧时只生成水，不会产生CO x、SO x和致癌物质，大大地减轻了对环境的污染，保护了自然界的生态平衡。氢除了具有化石燃料的各种优点外，还有它独特的优点，即：可储存性、可运输性好；不仅是所有已知能源中能量密度最大的燃料（122 kJ·g– 1），还可作为其他初级能源（如核能、太阳能）的中间载能体使用；转换灵活，使用方便，清洁卫生[2]。氢能是一种可再生的永久性清洁能源，符合人类长远发展的需要。因此，从20世纪70年代起，世界各国就对氢能的开发研究十分重视。
用氢制成燃料电池可直接发电，也可采用燃料电池和氢气–蒸汽联合循环发电，其能量转换效率大大高于现有的火力发电。除了作为能源，氢气还有着其他广泛的用途，如用于氢化工艺中生产低分子量饱和化合物，生产氨、盐酸和甲醇，提炼金属矿，作为防腐防氧化的除氧剂、火箭发动机的燃料、发电机的制
收稿日期2006–02–27；修改稿日期 2006–04–03。
第一作者简介柯水洲 (1964—)，男，博士，教授，主要从事研究水
处理工程。E–mail szkyr@https://www.wendangku.net/doc/888224026.html,。
化工进展 2006年第25卷·1002·
冷剂等，液氢还可用于低温及超导工业。
氢气可以通过很多工艺制取，包括电解水、光解水、热解水、热化学分解水和热催化重整、热解、气化、汽化富氢有机化合物等 [3－5]。当前，90%以上的氢气来自于天然气、轻油馏分的气化重整工艺，电解水、气化煤和重整甲烷也是工业上常用的方法[6]。但这些方法大都以化石燃料为能源，属能量密集型产业，不利于环境保护与社会的持续发展。
氢气也可以在微生物的作用下利用水和有机物来生产，这些微生物既有自养微生物又有异养微生物。绿藻和蓝细菌等自养微生物能够以二氧化碳为碳源通过分解水来制取氢气。暗发酵细菌和光营养细菌等异养微生物则能够利用有机物产生氢气。生物制氢工艺基本上都在常温常压下进行，能耗低，对环境无害，而且还可利用有机废物这种用之不竭的可再生能源 [6－8]。
1 生物制氢的发展
利用微生物制取氢气这一课题已经研究了几十年。在20世纪30年代，第一次报道了细菌暗发酵制取氢气。随后在1942年Gaffron和Rubin报道了绿藻利用光能产生氢气，1949年Gest和Kamen发现了光营养产氢细菌。Spruit在1958年证实了藻类可以通过直接光解过程产氢而不需要借助于二氧化碳的固定过程。Healy（1970年）的研究表明光照强度过高时由于氧气的产生Chlamydomonas moewsuii的产氢过程将受到抑制。20世纪70年代能源危机期间，全世界对生物制氢进行了大量的研究。Thauer于1976年指出，由于暗发酵至多只能将1mol葡萄糖生成4mol氢气和2mol乙酸，故其很难应用于实际生产中。而光营养细菌可以将有机酸等底物完全转化为氢气，所以此后生物制氢的研究基本上都集中于光发酵。20世纪80年代初在世界范围内研究与发展计划（R&D）对可再生能源的支持逐渐减少。到90年代早期，环境问题日益严重，又使人们将注意力集中到可替代能源上。在德国、日本、美国生物制氢R&D的支持下，藻类利用光能从水中制取氢气这一领域得到了广泛的研究。然而，这一过程中总的太阳能转化效率仍然很低。另一方面，暗发酵和光营养细菌可以从低成本的底物或有机废物中制取氢气。由于既可以产生清洁能源又可以处理有机废弃物，美国和日本政府支持开展了数个长期的研究计划[9]。预计于21世纪中期可实现生物制氢技术的实际应用。
自发现微生物产氢至今已有半个多世纪了，生物制氢却一直未能应用于实践。许多技术问题，如微生物的筛选、反应器的设计、操作条件的优化等仍有待解决，该技术的成本问题也得到关注。从经济上讲，生物制氢技术在近期还不能与传统的化学制氢技术相匹敌。但是从环境保护的角度来看，生物制氢的前景将非常广阔。
2 生物制氢系统
生物制氢按照微生物的种类、是否需要光照以及底物的不同等方面可以分为以下几类。
2.1光合成生物制氢系统（也称直接生物光解制氢
系统）
植物和藻类通过光合作用生成有机化合物，而产氢藻类可通过相同的生物过程按以下反应生成氢气
2H2O??→
光能2H
2
＋O2 (1)这一过程涉及光吸收的两个不同系统：裂解水和释氧的光系统Ⅰ(PSⅠ)和生成还原剂还原CO2的光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅡ吸收光能后光解水，释放出质子、电子和氧气，电子在PSⅠ吸收的光能的作用下传递给铁氧还蛋白（Fd）。可逆氢化酶接受还原态铁氧还蛋白传递的电子并释放出氢气[6]。产生的气体中H2∶O2为2∶1。
H2O→PSⅡ→PSⅠ→Fd→氢化酶→H2
↓
O2
在这两个系统中，2个光子（每一系统一个光子）用来转移水中的1个电子和还原CO2或形成H2。由于脱氢酶对O2很敏感，当环境中氧气浓度接近1.5％时，脱氢酶迅速失活，产氢反应立即停止，所以光合过程产生的H2和O2必须及时进行分离[10]。为此，产生了两相工艺：首先在第一相经普通的光合作用将CO2固定到含氢化合物中，然后在第二相中经光照、厌氧发酵产生分子氢[8]。Kosorov等[11]进行了Chlamydomonas reinhardtii持续产氢的研究，产氢速率为每100 h 7.95 mmol(H2)·L－1，相当于0.08 mmol(H2)/(L·h)。
2.2 光分解生物制氢系统（也称间接生物光解制氢
系统）
蓝细菌可以利用光合作用通过以下两个步骤合成并释放H2
12H2O＋6CO2??→
光能C
6
H12O6＋6O2 (2) C6H12O6＋12H2O??→
光能12H
2
＋6CO2 (3)蓝细菌（或称蓝藻）属革兰氏阳性菌，具有和
第9期 柯水洲等：生物制氢研究进展（Ⅰ） ·1003·
高等植物同一类型的光合系统及色素，能够进行氧的合成。蓝细菌在形态上差异很大，有单细胞的、丝状的、也有聚居的。所需的营养非常简单，空气(N 2和O 2)、水、矿物盐和光照即可。
蓝细菌的许多种属都含有能够进行氢代谢和氢合成的酶类，包括固氮酶和氢化酶。固氮酶催化产生分子氢，氢化酶既可以催化氢的氧化，也可以催化氢的合成，是一种可逆双向酶。已对蓝细菌的14个属的众多菌种在不同条件下进行了研究，随菌种和条件不同氢气产率差异很大，其中Anabaena 菌氢的产率较高。Pinto 等[12]证明A. variabilis 突变体PK84的产气量高于其野生型，可达 6.91 nmol(H 2)/[μg(蛋白质)·h]。
2.3 光合异养菌水气转化反应制氢系统
Rhodospirillaceae 属的某些光能异养菌能够以CO 为唯一碳源在无光照中生长，在一氧化碳脱氢酶（一种氧化还原酶）的催化下产生ATP ，同时放
出H 2和CO 2。
该反应是酶促反应，且只能在低温低压下进行。反应方程如下
CO(g)＋H 2O(l)
??→
CO 2(g)＋H 2(g)
ΔG 0= – 20 kJ/mol (4)
Rubrivivax gelatinosus CBS 属紫色非硫细菌，
它不仅可以在无光照环境中进行CO-水转化反应，将空气中的CO 转化为接近理论产量的H 2，还可以在光照及CO 为惟一碳源条件下，通过CO 2固定过程
同化CO 为细胞物质[14]。
在低浓度培养(OD 660＜0.2＝、高搅拌速率(250 r/min)、气相中20%为CO 的条件下，CO 氧化的比产氢速率为0.8 mmol/[min ·g(细胞)]。 2.4 光发酵生物制氢系统
光发酵的所有生物化学途径都可以表示为
(CH 2O)x →铁氧还蛋白→固氮酶→H 2
↑ATP ↑ATP
属光营养细菌的紫色非硫细菌可在厌氧且缺氮条件下以有机酸为底物生成氢气。式(5)～式(8)表示以乙酸、乳酸、苹果酸和丁酸为底物时的最大产氢量。
C 2H 4O 2＋2H 2O ??→光能
4H 2＋2CO 2 (5)
C 3H 6O 3＋3H 2O ??→光能
6H 2＋3CO 2 (6)
C 4H 6O 5＋3H 2O ??
→光能
6H 2＋4CO 2 (7) C 4H 8O 2＋6H 2O ??
→光能
10H 2＋4CO 2 (8) 除有机酸外，单糖（如葡萄糖）和多糖（如淀
粉）也可以用来产氢，见式(9)。光营养细菌利用芳
香族化合物产氢也已有研究[9]。
C 6H 12O 6＋12H 2O ??→光能
12H 2＋6CO 2 (9)
固氮酶是光营养细菌产氢的关键酶。在有氮气
存在的条件下，它催化分子氮还原为氨同时释放出少量氢气
N 2＋8e －＋8H ＋＋n ATP
??→2NH 3＋H 2＋n ADP ＋n P i
（P i 代表磷酸） (10)
在缺氮但有光照的条件下，固氮酶催化反应式(5)～式(8)生成氢气和二氧化碳，所以氮的存在会抑制产氢过程。另外，铵可使固氮酶失活而抑制产氢[14]。
由于可以将废弃有机物转化为氢气，许多研究者对光营养细菌的间歇培养、连续培养、以角叉胶、琼脂凝胶、多孔玻璃、活化玻璃或聚氨酯泡沫为载体的细胞固定化培养等进行了深入的研究[8]。一般而言，固定化培养的氢气产率要比自由生长高得多。Rb. Spheroides 悬浮培养时产氢速率为40～50 mL(H 2)/(L ·h) [15]和80～100 mLH 2 /(L ·h) [16]， 而该菌种固定于活化玻璃中培养时产氢速率为 3.6～4.0 mL(H 2)/(mL ·h)，产氢速率大大提高。
尽管氢气产率较高，该工艺仍有许多瓶颈需要突破：固氮酶自身需要大量的能量，较低的太阳能转换效率和光合生物反应器占地面积较大，光合生物反应器的设计、运行困难，成本较高。总之，该工艺和其他所有涉及光合过程的工艺的产氢效率都较低，经济上尚不可行。既然光发酵和间接光解生物制氢工艺以有机物为底物，那么可以考虑采用更简单、更有效的厌氧发酵生物制氢工艺来制取氢气。 2.5 厌氧发酵生物制氢系统（也称暗发酵生物制
氢系统）
厌氧微生物可以在暗环境中以碳水化合物为底物生产氢气。这些微生物包括专性厌氧微生物Clostridium 、Bacillus 和Methylotrophs ，兼性厌氧微生物Escherichia 和Enterobacter [17]。
在厌氧发酵中，葡萄糖首先经糖酵解（EMP ）等途径生成丙酮酸，合成ATP 和还原态的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH ）。然后由C. butyricum 等厌氧发酵细菌将丙酮酸转化为乙酰辅酶A （CoA ），生成氢气和二氧化碳。丙酮酸还可以转化为乙酰CoA 和甲酸，而甲酸极易被Escherichia coli 等厌氧发酵细菌转化为氢气和二氧化碳。在不同条件下乙酰CoA 最终被不同微生物转化为乙酸、丁酸和乙醇。NADH 用于形成丁酸和乙醇，剩余的NADH 被氧
化为NAD ＋
并释放H 2。乙酰CoA 形成丁酸和乙酸
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的过程伴随着ATP合成，为微生物活动提供能量。
大多数厌氧发酵细菌需要在氢化酶的催化下产生氢气。所有已知的氢化酶均为含铁和硫的蛋白质。氢化酶一般可分为两大类：可溶性酶和膜结合酶。前者通常参与产氢过程，而后者则与氢的氧化有关。
在能量学上，异养型厌氧菌产氢十分有利，它们能从产氢反应中获得比光营养菌更多的能量，而且由氢酶催化的产氢反应不需A TP。然而，它们分解有机物不彻底，分解速率缓慢，影响了氢气产率及产氢速率。1 mol葡萄糖理论上只能产生2～4 molH2。
C6H12O6＋2H2O??→2CH3COOH＋2CO2＋4H2
ΔG0= – 184 kJ·mol—1(11) C6H12O6??→CH3CH2CH2COOH＋2CO2＋2H2
ΔG0= – 257 kJ·mol—1 (12) C6H12O6??→2CH3CH2OH＋2CO2(13) C6H12O6＋2H2??→2CH3CH2COOH＋2H2O (14)
虽然理论上末端产物为乙酸的发酵过程氢气产量最高，但实践中却发现末端产物为乙酸和丁酸的混合酸发酵氢气产量较高[见式(11)和式(12)]，而较低的氢气产量与末端产物为丙酸和还原态的乙醇、乳酸的代谢相关[见式(13)和式(14)][8]。Clostridium pasteurianum、C. butyricum、C. beijerinkiic产氢量较大，C. propinicum产氢量较小[18]。为提高其产氢能力，必须使细菌代谢朝着挥发性脂肪酸而非乙醇、丁醇等醇类和乳酸等还原态酸的方向进行。
碳水化合物是较常见的厌氧发酵微生物的底物，尽管以蛋白胨为单一碳源也可以产生氢气，但其产率和碳水化合物相比还是低很多。当碳水化合物和蛋白质同时作为碳源产氢时，发现随着碳水化合物的快速消耗，氢气大量产生，而溶解性蛋白质却很难被降解[19]，表明碳水化合物比蛋白质更适合于生物制氢。
各种产氢菌的产氢能力受操作条件影响很大，如pH值、水力停留时间（HRT）、氢分压等，发酵末端产物也因微生物生长的环境而异。pH值对氢化酶活性及代谢途径影响很大，是最关键的操作条件之一。已报道的最佳pH值相差较大，Lee等[20]报道蔗糖间歇发酵的最佳pH值为9.0，而任南琪等[21]用蔗糖、Lay[22]用淀粉进行连续发酵的最佳pH值分别为4.0～4.5和4.7～5.7。Hwang等[23]用葡萄糖间歇发酵pH值为5.0时达到最大产气量。Khanal等[24]用蔗糖和淀粉进行间歇发酵，产气量均在pH值5.5～5.7时最大，分别为214.0 mL(H2)/g(COD)和125.0 mL(H2)/g(COD)。总的来说，pH值必须在酸性范围以抑制产甲烷菌等氢营养菌的生长，但不能低于4。已有的研究均表明pH值低于4时产氢菌的生长及产氢过程都受到明显的抑制。故pH值为4是生物制氢工艺pH值控制的一个下限。
对连续产氢系统而言，氢分压是一个极为重要的影响因素。产氢代谢途径对氢分压敏感且易受末端产物抑制。当氢分压升高时，产氢量减少，代谢途径向还原态产物的生产转化。CO2的浓度也会影响产氢速率和产氢量。细胞可通过磷酸戊糖途径（PP途径）将CO2、丙酮酸、NADH合成琥珀酸和甲酸，该途径与NADH-氢化酶（通过氧化NADH 为NAD＋来产氢）产氢反应相竞争。从发酵体系中有效地去除CO2可以减少对NADH的竞争，提高产氢量。Mizumo等[25]研究了向反应器中喷射氮气对氢分压的影响，结果表明可使氢气产率提高68%而对末端产物无影响。Tanisho等[26]向反应器中吹入氩气以去除二氧化碳和降低氢分压，使剩余NADH增加，氢气产率从0.52 mol(H2)/mol葡萄糖提高到1.58 mol(H2)/mol葡萄糖。
细胞固定化生长系统与悬浮生长系统相比具有很多优势，最明显的就是反应器内生物量高且可以重复使用。常用的细胞固定化方法有添加活性炭等载体以形成生物膜，污泥颗粒化、自絮凝以形成颗粒污泥等。Kim等[27]考察了用聚乙烯醇（PV A）形成生物膜和投加阳离子聚丙烯酰胺（PAM）形成颗粒污泥两种细胞固定化方法，发现颗粒污泥更适合于连续流制氢工艺。Chang等[28]比较了向固定床生物反应器中投加膨胀黏土和活性炭作为载体的性能，在HRT为1 h，以蔗糖为底物（20 g/L）时后者产氢速率较大，为1.32 L(H2)/(L·h)。当使用中空纤维微滤膜时，产氢速率增加到3.0 L(H2)/(L·h)，相当于121 mmol(H2)/(L·h)。
2.6光合–发酵杂交生物制氢系统
光合–发酵杂交生物制氢系统包括非光合细菌和光合细菌，可以提高生物制氢系统的产氢量。非光合细菌C. butyricum等不需光照就能够降解碳水化合物产生氢气，产生的有机酸又可以被光合细菌利用。由于有机酸产氢反应的自由能是增加的，厌氧细菌不能继续利用有机酸合成氢气，所以厌氧菌不可能完全降解葡萄糖合成更多的氢气，而光合细菌可以利用光能使这一反应得以进行[6,9]。
非光合细菌和光合细菌也可以在不同的反应器中分别进行产氢[29]。非光合细菌首先在第一相
第9期柯水洲等：生物制氢研究进展（Ⅰ）·1005·
（暗反应器，不需光照）中将有机物降解为有机酸并生成氢气，出水进入第二相（光反应器，需光照）后，光合细菌便彻底降解有机酸产生氢气。该系统中，非光合细菌和光合细菌分别在各自的反应器中进行反应，易于控制其分别达到最佳状态。这两种细菌的结合不仅减少了所需光能，而且增加了氢气产量，同时也彻底分解了有机物。该工艺已成为生物制氢工艺的发展方向。
2.7 体外氢化酶生物制氢系统
微藻理论上可以通过磷酸戊糖途径（PP途径）将1 mol葡萄糖转化成12 mol氢气，而实际上没有一种微生物能有如此高的产率，因为在这样的反应中细胞不能生长而将会被自然选择所淘汰。而且，这样接近理论值的产率只有在接近平衡状态，即极低的反应速率和极低的氢分压下才能达到。Woodward等[30]在这一条件下利用从Pyrococcu furiosus中提纯的氢化酶，以NADP+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）为电子载体，通过磷酸戊糖循环将1 mol 6-磷酸葡萄糖转化成11.6molH2，非常接近理论值，比一般微生物的产率高出许多倍。但这样的产氢系统是否在微生物体内存在则有待证明。
3 结 语
由于可以产生清洁无污染、高热值的氢能源，而且可以利用可再生资源，因此生物制氢技术备受关注。我国生物制氢技术的研究起步较晚，但也已取得一些成果。经过半个多世纪的研究，生物产氢技术虽然有了很大的进展，但基本上仍处于开发阶段，尚未实用化。各种制约因素如较低的太阳能转换效率、受产物的抑制、操作条件等使现有的产氢系统的产氢速率不够高，菌种的改良、制氢的规模化等许多瓶颈还有待进一步突破。
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生物质制氢技术研究进展
中国生物工程杂志 China B i otechnol ogy,2006,26(5):107～112 生物质制氢技术研究进展 于 洁 1,2 肖 宏 13 (1中国科学院上海生命科学研究院生命科学信息中心 上海 200031 2中国科学院研究生院 北京 100039) 摘要 氢能以其清洁,来源及用途广泛等优点成为最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氢是氢能发展的必然趋势。由于生物质制氢具有一系列独特的优点,它已成为发展氢经济颇具前景的研究领域之一。生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学方法制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等热化学法制氢,以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇的化学重整转化制氢等;另一类是利用生物转化途径转换制氢,包括直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池等技术。综述了目前主要的生物质制氢技术及其发展概况,并分析了各技术的发展趋势。关键词 生物质 制氢 气化 高温分解 超临界水 微生物电池中图分类号 Q819 收稿日期:2006201209 修回日期:2006204210 3通讯作者,电子信箱:hxiao@sibs .ac .cn 化石能源的渐进枯竭,国际市场油价的日高一日,给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。根据国家海关总署提供的资料,我国从1993年变为石油净进口国。过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了一番。同时,环境生态问题与国家安全问题日益受到各国的高度重视,新替代能源的研制和开发已成为各国科研生产的战略重点之一。 氢能被誉为21世纪的绿色能源。氢气的燃烧只产生水,能够实现真正的“零排放”。相比于目前已知的燃料,氢的单位质量能量含量最高,其热值达到 143MJ /kg,约为汽油的3倍,并且氢的来源广泛。鉴于 化石能源的不可再生性及其造成的环境污染问题,特别是石化资源渐趋枯竭,利用可再生能源制氢已成为当务之急和氢能发展的长久之计。目前,“氢经济”已引起世界很多国家的高度重视,并已被纳入发展计划。 生物质制氢技术不同于风能、太阳能、水能之处在于生物质制氢技术不仅可以有“生物质产品”的物质性生产,还可以参与资源的节约和循环利用。例如气化制氢技术可用于城市固体废物的处理,微生物制氢过 程能有效处理污水,改造治理环境。微生物燃料电池 (MFC ),可以处理人类粪便、农业和工业废水等有机废 水。微生物发酵过程还能生产发酵副产品,例如重要的工业产品辅酶Q ,微生物本身又是营养丰富的单细胞蛋白,可用于饲料添加剂等。 1 技术概述及研究进展 生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等。以及基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化制氢;另一类是利用生物途径转换制氢,如直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池技术。基于生物质发酵产物的甲烷、甲醇、乙醇等简单化合物也可以通过化学重整过程转化为氢气。目前生物质制氢的研究主要集中在如何高效而经济地转换和利用生物质。高温裂解和气化制氢适用于含湿量较小的生物质,含湿量高于50%的生物质可以通过细菌的厌氧消化和发酵作用制氢。有些湿度较大的生物质亦可利用超临界水气化制氢 [1] 。 一些主要的生物质制氢原料及常用方法见表1。
基因组学探究的应用前景-生物化学研究进展
基因组学探究的应用前景-生物化学研究进展20世纪90年代初，以完成人类基因组全序列测定和注释为核心任务的人类基因组计划在美国的领导下兴起.自1999年中国加入人类基因组计划到现在的10年时间里，中国基因组学得到了快速的发展，建立了先进的基因组学技术平台，并出色完成了多项重大基因组科学研究项目，对我国生命科学各个领域的发展产生了重要影响下面是小编搜集整理的基因组学探究的应用前景-生物化学研究进展的论文范文，欢迎大家阅读参考。 摘要：当代所研讨的基因组学其实是一门研讨基因组的构造框架，功用及表达产物的一门学科，据研讨基因的构造不只是蛋白质颗粒，还有许多构造复杂功用的DNA,包括三个的亚范畴，还包括构造基因组学，功用基因组学和遗传基因组学分子基因组学。最近研讨，基因组学在分子微生物药物，真菌、细菌、病毒基因，养分基因方面都有所研讨，前景是非常黑暗的而且这也是一个非常具有生命生机的新兴学科。可以造福人类，促进人类文明开展。值得去讨论。 关键词：基因组使用基因构造前景 基因组学的使用前景与剖析 养分基因组学 养分基因组学是全新的一门学问。爲什麼这麼说呢。道理很复杂，缘由也很明白，那就是以前没有人研讨过。大家都晓得的，养分是很重要的一种物质关系到我们的身心安康，所以从基因组学来研讨养分的学科是很有必要的。从中不但可以很好地效劳于人类还能是人类生
活的更好，最初还有利于基因组学的开展。养分基因组学研讨次要是养分干涉模型。随着这些功用弱小开展，全体性生物检测技术并结合了先进计算机技术生物信息学的办法的不时改良和进步，不时推进养分基因组学的开展。 毒理基因组学研讨 大家都晓得生物生活在自然界中都需求一定的进攻手腕。有些植物爲了进攻本身退化出来毒理作用，可以经过此作用来杀害入侵者或许自卫。从基因组学的方向可以研讨毒理基因组学，不但可以研讨毒理基因本身还可以爲传统毒理学检测提供更多的实际根据，阐明有毒物质怎样制毒的缘由，从而使风险评价的不确定性大大降低，目前虽然毒理基因组学只能作爲风险评价的参考，但是作爲风险评价提供所需无力的实际根据和精确的预测将会依赖独立基因组学。 乳酸菌基因组学研讨 大家都晓得酵糖类时次要的代谢产物是乳酸。乳酸杆菌是一个十分重要的菌种，所以研讨它的生理习性是十分有利于人类的，基因组学不但可以从分子角度爲我们提供研讨办法，还可以从基因角度来诠释，从事研讨乳酸杆菌的迷信家表示这是一门很有意义的学科，目前各国都在研讨这门学科以及其所带来的影响。如今迷信家重要研讨的是细菌能表达产物来自基因组的表达，所以增强研讨乳酸菌的基因组可以更好的理解基因组的表达调控翻译转录，从而破解其奥妙。 微生物药物菌功用基因组学研讨 微生物是自然界中的一支奇特的生物，形体很小却作用和影响很
现代生物技术研究进展
现代生物技术研究进展 luojuan 摘要：生物技术是21世纪最具有发展前景和活力的学科，世界各国都将生物技术视为一项高新技术，生物技术在相关领域中的应用也成为应用技术研究中的热点。生物技术又叫生物工程，是综合运用生物学、细胞生物学、微生物学、生物化学等基础科学和生化工程等原理和技术而形成的一门综合性的科学技术。 关键词：现代生物技术细胞工程酶工程发酵工程基因工程蛋白质工程研究进展 一、现代生物技术概述[1] 生物技术包括传统生物技术和现代生物技术。传统生物技术主要是自然发酵技术和自然杂交育种技术。现代生物技术是指以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。现代生物技术主要包括：细胞工程、酶工程、发酵工程、基因工程、蛋白质工程。 二、细胞工程研究进展[2] 细胞工程的概念及其基本操作细胞工程属于广义的遗传工程,是将一种生物细胞中携带的全套遗传信息的基因或染色体整个导入另一种生物细胞,从而改变细胞的遗传性,创造新的生物类型。它包括细胞融合、细胞重组、染色体工程、细胞器移植、原生质体诱变及细胞和组织培养技术。 近年来，在该领域的研究最引人注目的是细胞融合技术和细胞杂交，并取得一些突破性研究进展。应用细胞融合技术可以培育新型生物物种。可实现种间育种。 1975年英国科学家研制成功了淋巴细胞杂交瘤技术，由此技术获得的单克隆抗体很快应用于临床实践，被称为20世纪80年代的“生物导弹”。目前单克隆抗体技术已用于治疗诊断癌症、艾滋病等多种疑难疾病，及快熟诊断人类、动物和农作物病害等方面，成为细胞工程在医学上最重要的成就之一。 日本秋田生物技术公司和遗传资源开发利用中心联合采用细胞工程的原生质体突变，将“秋田小町”稻育成“新秋田小町”新品种。该稻试种过程中，产量大大提高，取得了明显的经济效益。我国科学家利用细胞工程的原生质体育种在世界上首创了食用菌属间原生质体杂交。这种属间杂交新品种，既有香菇的独特香味和优良品质，又有平菇的高产量、生长周期短、易栽培、抗逆性强等特性。 随着细胞工程技术的不断发展，植物细胞和组织培养这一细胞工程技术也无例外地得到发展，目前已在许多植物上，特别是在农林生产实践中得到了广泛应用。尤其在林木优良品种和无性系的快速繁殖方面进展较快。 细胞工程已成为当代社会经济重要支柱性技术之一。 三、酶工程的研究进展[3] 酶工程就是在一定的生物反应装置中，利用酶的催化功能，将相应的原料转化成有用物质的一门技术。 化学酶工程又称初级酶工程，主要由酶学与化学工程技术相互结合而形成。在开发自然酶制剂方面，大规模生产和应用的商品酶只有数十种，如水解酶、凝乳酶、果胶酶等。在食品工业中的应用主要是淀粉加工，其次是乳品加工、果汁加工、食品烘烤及啤酒发酵；在轻化工业中的应用主要包括洗涤剂制造、毛皮工业、明胶制造、胶原纤维制造、牙膏和化妆品的生产、造纸、废水废物处理和饲料加工等；在能源开发上的应用主要是利用微生物或酶工程技术从生物体中生产燃料，也可利用微生物作为石油勘探、二
生物质制氢发展和前景研究
生物质制氢发展和前景研究 作者袁超 学号 201206030121 摘要：氢气作为一种清洁无污染的新型能源越来越受到人们的关注。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害，已经逐渐引起了人们的重视。 Abstract：Hydrogen as a clean pollution-free new energy more and more get the attention of people. Compared with the traditional hydrogen production methods, biological hydrogen production technology of low energy consumption, harmless to the environment, has gradually aroused people's attention 关键词；发酵；制氢；酶；影响因素；前景;生物制氢 前言:据估计，地球上每年生长的生物质总量约相当于目前世界总能耗的l0倍，我国年产农作物秸秆6亿多t，可利用生物质资源约30亿t。从资源本身的属性来说，生物质是能量和氢的双重载体，生物质自身的能量足以将其含有的氢分解出来，合理的工艺还可利用多余能量额外分解水，得到更多的氢。生物质能是低硫和二氧化碳零排放的洁净能源，可避免化石能源制氢过程对环境的污染，从源头上控制
二氧化碳排放。与传统制氢方法相比，生物制氢技术的能耗低，对环境无害[ 1 ]。该文章从生物质制氢的原理入手，综述了多种生物质制氢方法，并以生物质制氢为中心对生物利用进行讨论。 正文 1生物制氢的方法 1.1生物质催化气化制氢 生物质催化气化制氢是加入水蒸气的部分氧化反应，类似于煤炭气化的水煤气反应，得到含氢和较多一氧化碳的水煤气，然后进行变换反应使一氧化碳转变，最后分离氢气。由于生物质气化产生较多焦油，研究者在气化器后采用催化裂解的方法以降低焦油并提高燃气中氧含量，催化剂为镍基催化剂或较。为便宜的白云石、石灰石等。气化过程可采用空气或富氧空气与水蒸气一起作为气化剂，产品气主要是氢、一氧化碳和少量二氧化碳。气化介质不同，燃料气组成及焦油含量也不同。使用空气时由于氮的加入，使气化后燃气体积增大，增加了氢气分离的难度；使用富氧空气时需增加富氧空气制取设备[2]。Dernmirbas[3]认为含水质量分数在35％以下的生物质适合采用气化制氢技术。
水电解制氢的最新进展与应用
水电解制氢的最新进展与应用 一、绿色能源氢能及其电解水制氢技术进展 摘要：随着环境污染日益严重，越来越多的研究关注于绿色无污染能源，其中氢能清洁无污染、高效、可再生，是未来最有潜力的能源载体。利用电解水技术制氢是目前最有潜力的技术，也是一种经济有效的技术。绍了氢能的研究现状和水电制氢技术，着重介绍了碱性电解槽、子交换膜电解技术以及固体氧化物水电解技术，对现有技术进行了总结。 1.氢能的研究现状 美国： 1990年，美国能源部（DOE）启动了一系列氢能研究项目。 2001年以来，美国政府制订了《自有车协作计划》、《美国氢能路线图》。 2004年2月，美国能源部出台的“氢态势计划”，并提出2040年美国将实现向氢经济的过渡。 美国能源部、国防部、交通部、国家科学基金、美国宇航局和商务部以及8个国家实验室、2所大学和19 个公司签署了研发合同。 欧盟： 2001 年11 月启动的“清洁能源伙伴计划”，欧盟拨款1850万欧元支持汉堡、伦敦等10个城市的燃料汽车示范项目。 2008年11 月初欧盟、欧洲工业委员会和欧洲研究社团联合制订了2020年氢能与燃料电池发展计划。 日本： 1993年就制订了“新阳光计划”，预计到2020年投资30亿美元用于氢能关键技术的研发。并计划在2020年实现燃料电池汽车500 万辆，建成燃料电池发电系统10000MW。 我国： 2003年11月我国加入了“氢能经济国际合作伙伴（IPHE）”，成为IPH首批成员国之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了发展氢能和燃料电池的相关内容。 相对而言，我国在氢能和燃料电池汽车领域的技术研发工作开始得较晚，这方面的标准体系尚未形成，然而通过国内研究单位的协作努力，在材料、基础设施、燃料电池堆、整车集成等方面都已取得阶段性进展，目前已有多家企业与联合国发展计划署和全球环境基金合作，开展燃料电池客车的公交线路试运行。 2 水电解氢能的制备技术进展 发展到现在，已有三种不同种类的电解槽，分别为碱性电解槽#聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。 ①碱性电解槽 碱性电解槽是发展时间最长、技术最为成熟的电解槽，具有操作简单、#成本低的优点，其缺点是效率最低，槽体示意图如图1 所示。国外知名的碱性电解水制 氢公司有挪威留坎公司、格洛菲奥德公司和冰岛雷克雅维克公司等。电解槽一般采 用压滤式复极结构或箱式单极结构，每对电解槽压在1.8~2.0V，循环方式一般采用 混合碱液循环方式。
甲烷的应用研究进展
论文目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1甲烷在合成领域的应用 (1) 1.1甲烷的直接氧化制合成气 (1) 1.2甲烷催化裂解制氢 (2) 1.3甲烷部分氧化制合成气 (2) 1.4甲烷/CO2重整反应 (3) 1.5甲烷水蒸气转化 (3) 1.6甲烷自热重整技术 (4) 2甲烷在其它领域的应用 (5) 2.1 甲烷探测仪的开发利用 (5) 2.2 甲烷工艺在工业上的应用 (5) 2.3甲烷传感器研究进展 (5) 3甲烷的研究发展展望 (6) 4 致谢...................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 (6) Application Research Progress Of Methane (7) 字数统计（7721字）
甲烷的应用研究进展 摘要：本文简单介绍了我国天然气资源状况，系统阐述了近些年来其在合成及其它领域的应用研究，主要包括甲烷的直接转化制合成气，催化裂解制氢，部分氧化制合成气，与CO2重整反应，水蒸气转化和自热重整技术；甲烷探测器的研究利用。最后，提出了对甲烷应用研究的展望。 关键词：甲烷转化应用进展 甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分，但含量分布不均，根据我国第二轮油气资源调查评论结果，我国152个沉积盆地和地区的常规天然气资源量(不包括溶解气)为380400亿m3，其中陆上大约占78.60％，海上21.40％。我国天然气资源总量约占世界天然气资源总量的10％[1]，贮藏量占世界第17位，它集中分布在我国中部、西部和海域，埋深超过3500m和自然地理环境恶劣的黄土高原、山地和沙漠的天然气超过了总量的59％[2]。天然气的主要成分是甲烷，是人们生活中的主要燃料，其实甲烷的应用远不止简单的燃烧，它在很多领域都发挥着重要作用，因此对于甲烷应用的研究有着重大意义。 1甲烷在合成领域的应用 甲烷的转化和利用包括以甲烷为原料合成燃料和基础化学品的一切过程，从已有的天然气化工利用技术来看，甲烷的转化包括直接转化和间接转化[3]。 1.1甲烷的直接氧化制合成气 在甲烷的直接氧化利用中，研究较多的技术是甲烷直接氧化制甲醇，甲烷氧化偶联制烯烃等。 甲醇是重要的基础化工产品和化工原料，由甲烷合成甲醇的方法有多相催化氧化法、均相催化氧化法、熔盐氧化法、等离子体转化法、酶催化氧化法和光催化氧化法等[4]。陈立宇等[5]以V2O5为催化剂，在发烟硫酸中进行了甲烷液相选择性氧化的研究工作，考察了V2O5催化剂用量、反应温度、反应时间、发烟硫酸浓度等工艺条件对反应收率的影响，进行了甲烷液相选择性氧化的催化机理探讨和宏观动力学推导。甲烷在部分氧化反应中首先转化为硫酸甲酯，后者进一步水解得到甲醇。甲烷转化率可达54.5％，选择性45.5％。桑丽霞等[6]在固定床环隙反应器中，150℃MoO3-TiO2/SiO2光催化气相甲烷和水合成了甲醇和氢，甲醇的选择性达到了87.3％。 甲烷直接转化制烯烃是天然气直接转化利用中重要的方法之一，在关于制作工艺的研究之外，王凡，郑丹星等[7]在甲烷氧化偶联制烯烃时的热力学平衡限度有了一定研究，其实验结果表明，在甲烷氧化偶联制烯烃体系中，H2、CO的生成相对容易，C2产物（C2H4、C2H6）不容易生成。通过计算，得到了该体系有利于烯烃生成的反应条件，500℃-800℃、1.5MPa、烷氧摩尔比为7。魏迎旭等[8]合成了具有CHA结构的SAPO- 34和具有金属杂原子的MeAPSO-34(Me＝Mn，Co和Mg)分子筛。采用
生物化学研究进展论文蛋白质提纯
生物化学研究进展 作业 题目蛋白质的提取、纯化 姓名 学号 班级 专业
题目：蛋白质的提取、纯化 姓名： 专业： 摘要：本文综述了蛋白质的提取原理及方法，蛋白质纯化的意义、基本原则及方法，蛋白质纯化的前景展望。 关键词：提取原理提取方法水溶液有机溶剂双水相萃纯化意义基本原则方法溶解度带电性质电荷数配体特异性前景 正文： 1 蛋白质样品的提取 1．1蛋白质样品的提取原理 提取蛋白质的基本原理主要有两方面：一是利用混合物中几个组分分配率的差别，把它们分配到可用机械方法分离的两个或几个物相中，如盐析、有机溶剂提取、层析和结晶等；二是将混合物置于单一物相中，通过物理力场的作用使各组分分配于不同区域而达到分离目的，如电泳、超速离心、超滤等。 1．2 蛋白质样品的提取方法 1．2．1 水溶液提取法稀盐和缓冲系统的水溶液是提取蛋白质最常用的溶剂。通常用量是原材料体积的1—5倍，提取时需要均匀地搅拌，以利于蛋白质的溶解。提取的温度要视有效成分性质而定，一般在低温(5℃以下)下操作。另外，蛋白质和酶是两性电解质，提取液的pH值应选择在偏离等电点两侧的pH值范围内。一般来说，在避免极端pH值的前提下，碱性蛋白质用偏酸性的提取液提取，而酸性蛋白质用偏碱性的提取液提取。此外，稀浓度可促进蛋白质盐溶，并且盐离子与蛋白质部分结合，能够保护蛋白质不易变性。因此可在提取液中加少量NaC1等中性盐，一般以0．15 mol／L浓度为宜。 1．2．2 有机溶剂提取法一些和脂质结合牢固或分子中非极性侧链较多的蛋白质和酶都不溶于水、稀盐溶液、稀酸或碱，可溶于乙醇、丙酮和丁醇等有机溶剂，具有一定的亲水性和较强的亲脂性，并且不会残留在产品中，容易蒸发除去，密度低，与沉淀物质的密度差大，便于离心分离。但不足的是用有机溶剂来提取蛋白质比用盐析法更容易引起蛋白质变性。 1．2．3 双水相萃取法双水相萃取法是依据物质在两相间的选择性分配，当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用、各种力(疏水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同，进而分离目的蛋白。此方法可在室温下进行，双水相中的聚合物还可以提高蛋白质的稳定性，收率较高。对于细胞内的蛋白质，需要先对细胞进行有效破碎。目的蛋白常分布在上相并得到浓缩，细胞碎片等固体物分布在下相中。采用双水相系统浓缩目的蛋白，会受聚
生物工程的最新进展和研究热点
当今世界，我们所处的这个时代，是科学技术飞速发展、知识信息爆炸的知识经济时代，世界各国都在相互竞争，竞争的焦点集中在科学技术上，谁的科技发达，谁的综合国力就强大。 现在世界七大高新技术分别是：现代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。 其中生物技术列在首位，生物技术之所以令世界各国如此重视，是因为它是解决人类所面临的诸如食物短缺、人类健康、环境污染和资源匮乏等重大问题上有着不可比拟的优越性，还因为它与理、工、农、医等科技的发展、与伦理道德、法律等社会问题都有着密切的关系。 高新技术的重要特征之一是学科横向渗透，纵向加深，综合交错，发展迅速。所以世界各国争相投巨资发展，确定生物技术为21世纪经济和科技发展的优先领域。 基因工程 基因工程( 又称DNA 重组技术、基因重组技术) , 是20 世纪70 年代初兴起的技术科学, 是用人工的方法将目的基因与载体进行DNA重组, 将DNA 重组体送入受体细胞, 使它在受体细胞内复制、转录、翻译, 获得目的基因的表达产物。这种跨越天然物种屏障, 把来自任何生物的基因置于毫无亲缘关系的新的寄主生物细胞之中的能力, 是基因工程技术区别于其他技术的根本特征。 基因工程技术是一项极为复杂的高新生物技术, 它利用现代遗传学与分子生物学的理论和方法, 按照人类所需, 用DNA 重组技术对生物基因组的结构和组成进行人为修饰或改造, 从而改变生物的结构和功能, 使之有效表达出人类所需要的蛋白质或人类有益的生物性状。基因工程从诞生至今, 仅有30 年的历史, 然而, 无论是在基础理论研究领域, 还是在生产实际应用方面, 都已取得了惊人的成绩。首先,基因工程给生命科学自身的研究带来了深刻的变化。目前科学家已完成了多种细胞器的基因组全序列测定工作。其次, 基因工程具有广泛的应用价值, 能为工农业生产、医药卫生、环境保护开辟新途径。 基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又被称为后基因组研究，成为系统生物学的重要方法。 我国在结构生物学研究方面具有较好的基础。60年代，我国科学家在世界上首次人工合成了胰岛素；70年代初又测定出1.8 埃; 分辨率的猪胰岛素三维结构，成为世界上为数不多的能够测定生物大分子三维结构的国家，这些研究工作处于当时的世界先进水平。 基因克隆是70年代发展起来的一项具有革命性的研究技术，可概括为∶分、切、连、转、选。 "分"是指分离制备合格的待操作的DNA，包括作为运载体的DNA和欲克隆的目的DNA；"切"是指用序列特异的限制性内切酶切开载体DNA，或者切出目的基因；"连"是指用DNA连接酶将目的DNA同载体DNA连接起来，形成重组的DNA分子；"转"是指通过特殊的方法将重组的DNA 分子送入宿主细胞中进行复制和扩增；"选"则是从宿主群体中挑选出携带有重组DNA分子的个体。基因工程技术的两个最基本的特点是分子水平上的操作和细胞水平上的表达，而分子水平上的操作即是体外重组的过程，实际上是利用工具酶对DNA分子进行"外科手术"。DNA克隆涉及一系列的分子生物学技术，如目的DNA片段的获得、载体的选择、各种工具酶的选用、体外重组、导入宿主细胞技术和重组子筛选技术等等。从不同的重组DNA分子获得的转化子中鉴定出含有目的基因的转化子即阳性克隆的过程就是筛选。目前发展起来的成熟筛选方法如下：（一）插入失活法 外源DNA片段插入到位于筛选标记基因（抗生素基因或β-半乳糖苷酶基因）的多克隆位点后，
氢能利用与制氢储氢技术研究现状
氢能利用与制氢储氢技术研究现状上海大学陈哲 关键字：氢能制氢储氢技术 目前世界各国都在因地制宜的发展核能、太阳能、地热能、风能、生物能、海洋能和氢能等新型能源，其中氢能以资源丰富、热值高、无污染等优点被认为是未来最有希望的能源之一。 一、氢能的利用与未来发展 氢能的利用方式主要有三种：（1）直接燃烧；（2）通过燃料电池转化为电能；（3）核聚变。其中最安全高效的使用方式是通过燃料电池将氢能转化为电能。目前，氢能的开发正在引发一场深刻的能源革命，并将可能成为21世纪的主要能源。 美、欧、日等发达国家都从国家可持续发展和安全战略的高度, 制定了长期的氢能源发展战略。美国的氢能发展路线图从时间上分为4个阶段：技术、政策和市场开发阶段；向市场过渡阶段；市场和基础设施扩张阶段；走进氢经济时代。从2000 年至2040年, 每10年实现一个阶段。而欧盟划分为三个阶段，即短期，从2000 年到2010 年；中期，从2010 年到2020年；中远期，从2020年到2050年。第一阶段将开发小于500 kW的固定式高温燃料电池系统(MCFCPSOFC）；开发小于300kW 的固定式低温燃料电池系统( P EM) 。第二阶段是新的氢燃料家用车比例要达到5%，其他氢燃料交通工具比例达到2%。所有车的平均二氧化碳排放量减少2.8g/km，二氧化碳年排放量减少1500万t 。第三阶段是新的氢燃料家用车比例要达到35%，其他氢燃料交通工具比例达到32%。所有车的平均二氧化碳排放量减少44.8g/km，二氧化碳年排放量减少2.4亿t 。 二、制氢技术 1、矿物燃料制氢 在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。其方法主要有重油部分氧化重整制氢，天然气水蒸气重整制氢和煤气化制氢。虽然目前90% 以上的制氢都是以天然气和煤为原料。但天然气和煤储量有限，且制氢过程会对环境造成污染，按照科学发展观的要求，显然在未来的制氢技术中该方法不是最佳的选择。
生物化学工程的研究进展
生物化学工程的研究进展 摘要:生物化学工程是一门由化学、工程学和生物学等学科相互渗透、密切结合而形成的新兴边缘学科，近十余年来，随着对生物反应器、生物传感器、分离纯化设备等的研究，生物反应和分离纯化的动力学模型的建立，以及计算机控制技术，过程的系统分析和技术经济评价等的运用，生物化学工程这门新兴学科也得到了突飞猛进的发展。 关键词：生物化学；生化工程；研究进展 生物化学工程一般称为生化工程，生物化学工程是生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等，生物化学工程和生物医学工程是最初的生物工程学概念，基因重组、发酵工程、细胞工程、生化工程等在21世纪整合而形成了系统生物工程。 生物化学工程的研究内容有很多，主要包括：生化反应器，分离提纯技术与设备，生物传感器、测量与控制，生化过程分析评价与设计放大等内容。下面将主要介绍分离提纯技术与生物传感器的研究进展。 1.分离提纯技术 生物化学反应一般会在稀水中进行，所以浓度会很低，同时又有很多杂质，产出的物质有可能发生反应，甚至连温度也有可能对反应产生影响所以，如何提取和分离出我们所需要的产品就成了我们研究的重点，生物产品的分离技术，除了传统的沉淀法、吸附法、萃取法
和离子交换等方法以外,近年来,又发展了许多新的分离方法,如层析技术和膜分离技术(包括微孔过滤、超滤与反渗析技术)，随着生物化学的发展，会有更加高效和具有针对性的方法出现。 2.生物传感器 生物体内的反应是十分复杂的，随着生物体内各种代谢反应的进行，生物体内的各项指标是一直在变化的，如何检测这些指标，使其达到最适于人体的程度，就需要各种生物传感器的帮助，生物传感器是根据酶和微生物细胞对其基质具有专一性而用于分析某一化学物质的工具。是由固定化的生物材料与适当的换能器件密切接触而构成。此换能器件可将生化信一号转换成定量的电或光的信号，其特点是检测速率快、灵敏度高、专一性强和使用简便。0年代,酶电极第一个实现了生物传感器的构型.对它的研究经70年代飞跃后现已进入实用阶段，可以用来测控多种有机物，目前利用复合酶膜制成的多功能酶电极检测鱼肉鲜度或酶的活性已实用化。 随着科技的迅猛发展，各种检测手段不断发展，生化工程会越来越实用，研究不断深入，领域不断拓宽，人类日益增长的需要也会得以满足。 参考文献： [1]朱龙华生物化学工程研究进展 [2]陈红征李菊梅杨洁生物化学工程研究进展及其发展趋势
光解水制氢半导体光催化材料的研究进展
光解水制氢半导体光催化材料的研究进展 田蒙奎1 ,2 ,上官文峰2 ,欧阳自远1 ,王世杰1 (1. 中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002 ; 2. 上海交通大学机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心,上海200030) 摘要: 自从Fujishima2Honda 效应发现以来,科学研究者一直努力试图利用半导体光催化剂光分解水来获得既可储存而又清洁的学能———氢能。近一二十年来,光催化材料的研究经历了从简单氧化物、复合氧化物、层状化合物到能响应可见光的光催化材料。本文重点描述了这些光催化材料的结构和光催化特性,阐述了该课题的意和今后的研究方向。关键词: 光解水;氢能;半导体光催化剂中图分号: X13 文献标识码:A文章编号:100129731 (2005) 1021489204 1 引言 在能源危机和环境问题的双重压力下,氢能因其燃烧值高、储量丰富、无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源,因而氢能的开发成了能源领域的研究热点。自从Fujishima 和Honda 于1972 年发现了TiO2 光电化学能分解水产生H2 和O2 以来[1 ] ,科学研究者实现太阳能光解水制氢一直在作不懈的努力。普遍接受的光解水制氢原理是:半导体光催化剂在能量等于或大于其禁带宽度的光辐射时,电子从最高电子占据分子轨道( HOMO ,即价带) 受激跃迁至最低电子占据分子轨道(LUMO ,即导带) ,从而在价带留下了光生空穴( h + ) , 导带中引入了光生电子(e - ) 。光生空穴和光生电子分别具有氧化和还
原能力。要实现太阳能光解水制氢和氧,光生电子的还原能力必须能还原H2O 产生H2 ,而光生空穴的氧化能力必须能氧化H2O 产生O2 ,即半导体光催化剂的导带底要在H2O/ H2 电位( E0 = 0V ,p H = 0) 的上面(导带位置越高,电位越负,还原能力越强) ;而价带顶在O2 / H2O 电位( ENHE = + 1. 23V ,p H = 0) 的下面(价带位置越低,电位越正,氧化能力越强) 。近一二十年来, TiO2 以外的光催化剂的相继发现,特别是能响应可见光的光催化材料的出现,使得光解水制氢研究进入了非常活跃时期。本文就近期太阳能光解水制氢研究进展中的半导体光催化材料作一综述。 2 简单半导体氧化物,硫化物系光催化剂目前广泛研究的简单化合物半导体材料的能带结构如图1 所示： 图1 部分半导体材料的能带结构示意图 Fig 1 Schematic diagram of band st ructure for some semiconductor s TiO2 光催化剂由于光照不发生光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、对生物无毒性、来源丰富等优点而被广为利用。具有代表性的
天然气制氢的基本原理及工业技术经验进展
天然气制氢的基本原理及工业技术进展 一、天然气蒸汽转化的基本原理 1.蒸汽转化反应的基本原理 天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。 甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。 主反应： CH4+H2O===CO+3H2 CH4+2H2O===CO2+4H2 CH4+CO2===2CO+2H2 CH4+2CO2===3CO+H2+H2O CH4+3CO2===4CO+2H2O CO+H2O===CO2+H2 副反应： CH4===C+2H2 2CO===C+CO 2 CO+H2===C+H2O 副反应既消耗了原料，并且析出的炭黑沉积在催化剂表面将使催化剂失活，因此必须抑制副反应的发生。 转化反应的特点如下： 1)可逆反应在一定的条件下，反应可以向右进行生成CO和H2，称为正 反应；随着生成物浓度的增加，反应也可以向左进行，生成甲烷和水蒸气，
称为逆反应。因此生产中必须控制好工艺条件，是反应向右进行，生成尽可能多的CO和H2。 2)气体体积增大反应一分子甲烷和一分子水蒸气反应后，可以生成一分子CO 和三分子H2，因此当其他条件确定时，降低压力有利于正反应的进行，从而降低转化气中甲烷的含量。 3)吸热反应甲烷的蒸汽转化反应是强吸热反应，为了使正反应进行的更 快、更彻底，就必须由外界提供大量的热量，以保持较高的反应温度。 4)气-固相催化反应甲烷的蒸汽转化反应，在无催化剂的参与 的条件下，反应的速度缓慢。只有在找到了合适的催化剂镍，才使得转化 的反应实现工业化称为可能，因此转化反应属于气-固相催化反应。 2.化学平衡及影响因素 3.反应速率及影响速率 在没有催化剂的情况时，即使在相当高的温度下，甲烷蒸汽转化反应的速率 也是很慢的。当有催化剂存在时，则能大大加快反应速率；甲烷蒸汽转化反应速 率对反应温度升高而加快，扩散作用对反应速率影响明显，采用粒度较小的催化 剂，减少内扩散的影响，也能加快反应速率。 4.影响析炭反应的因素 副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的 活性，增加床层阻力，影响生产力。 在甲烷蒸汽转化反应中影响析炭的主要因素如下： a.转化反应温度越高，烃类裂解析炭的可能性越大。 b.水蒸气用量增加，析炭的可能性越小，并且已经析出的炭黑也会与过量 的水蒸气反应而除去，在一定的条件下，水碳比降低则容易发生析炭现 象。
生物化学论文
糖尿病及其治疗 姓名：学号： 引言：随着人们生活水平的提高和物质生活的丰富，加之肥胖、体力活动减少、饮食结构不合理、病毒感染等原因，近年来，我国糖尿病的发病率已明显呈上升趋势。 关键词：糖尿病高血糖胰岛素治疗 一糖尿病的概念 糖尿病是一种代谢内分泌疾病，是由于人体内胰岛素缺乏或相对缺乏所致的一种慢性内分秘代谢性疾病，以糖代谢紊乱为突出表现，未治疗状态下高血糖为主要特征，并伴有蛋白质和脂肪代谢异常。我国早在2000多年前就有该病的记载，早在《黄帝内经》中对糖尿病已有详细的记载，对糖尿病病因病机、临床表现、治则和预后都作出了论述，到汉代在《金匮要略》中把糖尿病作为一个独立疾病来对待，唐代《外台秘要》中最先记载了糖尿病尿甜的表现。而西方国家直到1672年才有土耳其人Areteus较系统的描述了糖尿病的临床表现，他发现了糖尿病患者“尿甜如蜜”，并详细记载了糖尿病患者从开始发病到病情恶化，直至昏迷死亡的临床过程。 二糖尿病的种类 糖尿病(Diabetes)分1型糖尿病和2型糖尿病。在糖尿病患者中，2型糖尿病所占的比例约为95%。 1型糖尿病 其中1型糖尿病多发生于青少年，因胰岛素分泌缺乏，依赖外源性胰岛素补充以维持生命。 2型糖尿病 2型糖尿病多见于中、老年人，其胰岛素的分泌量并不低，甚至还偏高，临床表现为机体对胰岛素不够敏感，即胰岛素抵抗(Insulin Resistance，IR)。 三糖尿病的起因 糖尿病有明显的遗传倾向并存在显著遗传异质性。除少数患者是由于单基因突变所致外，大部分1型糖尿病（胰岛素依赖性糖尿病，insulin-dependent diabetes mellitus，IDDM）及2型糖尿病（非胰岛素依赖性，non-insulin-dependent diabetes mellitus，NIDDM）患者是多基因及环境因子共同参与及相互作用引起的多因子病（也称为复杂病）。 四糖尿病的危害 三多一少（多饮、多食、多尿及体重减轻）是初诊糖尿病者的经典症状。
现代生物技术在环境保护中的应用研究进展
现代生物技术在环境保护中的应用研究进展 摘要介绍了我国生态环境现状，阐述了现代生物技术在治理环境污染应用方面的优点及其在环境保护中的应用情况，并对其应用前景进行了展望，以期促进现代生物技术在环境保护中的应用。 关键词现代生物技术；环境保护；应用；前景 随着现代工业技术的迅速发展，我国国民经济社会总体发展速度较快，城市化进程的步伐也日益加快。在经济高速发展过程中，环境问题也随之而来。为了全面建设小康社会，保证国民健康，维护社会可持续、健康发展，必须采取有力措施进行环境保护。因此，积极利用现代生物技术、加强环境保护已经成为人民日益关注的课题。为了实现社会健康、持续发展，实现各类资源的永续利用，环保工作者的首要工作任务就是努力保护和提高环境质量。 1 我国生态环境现状 在我国过去几十年的经济快速发展中，由于片面重视经济GDP的高速发展而忽视了经济发展中的环境保护，导致目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染，造成水体污染严重，无法利用。全国约300个城市工业生产和居民生活用水较为短缺，成为缺水城市，占全国600个城市中的50%；而农村这一情况更加严重，约有1亿人口和2亿头牲畜饮水困难。在广大农村，由于水体和土壤的严重污染，耕地利用效率大大降低，不仅减少了有效耕地面积，而且直接威胁居民身体健康，引发各类疾病[1]。目前的当务之急就是要尽快应用高新技术，综合治理和保护环境，从而有效控制环境污染，保持生物多样性和生态平衡。 2 现代生物技术在治理环境污染方面的优点 由于基因重组技术的发现和应用，一项以基因工程为核心的现代生物技术迅速崛起，并成为高新产业革命的重要标志之一。现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程等一系列高新技术。环境生物技术是由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科，是应用生物圈的某部分使环境得以控制，或治理预定要进入生物圈的污染物的生物技术。这一技术在解决环境问题过程中显示出了独特的功能和显著的优越性，不仅充分体现出这项技术是一个纯生态的过程，且从根本上体现了可持续发展的战略思想。在环境的保护和污染治理中，环境生物技术与传统方法相比较，具有明显优势。生物转化技术可以真正实现清洁生产的目的，其充分利用生物过程减少生产中产生的污染，很大程度上代替了传统生产中的化学过程，更有利于实现无废生产，促进了生产工艺的生态化。现代生物技术的发展，尤其是酶工程、细胞工程、基因工程等，提高了生产效率，强化了环境生物处理过程，在工农业生产中应用这些技术，可以降低成本，其高专一性等特性为环境生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。 3 现代生物技术在环境保护中的应用 3.1 环境监测与评价 近年来，国内外研究较多的是应用PCR技术生物芯片、生物传感器等生物高新技术进行环境监测。Niedrhauser等利用PCR技术检测了食品中的单核细胞生利斯特氏菌（易导致人类脑膜炎）。传统方法至少需10 d时间，应用PCR技
生物质气化制氢
生物质气化制氢 Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授
2013 年 12 月
摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。
Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.
生物质气化制氢
生物质气化制氢Hydrogen Production from Biomass Gasification 院系: 环境科学与工程学院 专业: 环境工程 姓名: 陈健 学号: M201373228 导师: 胡智泉副教授 2013 年12 月
摘要 在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下，世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究，并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术，已引起了世界各国研究者的普遍关注。 本文重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程，阐述了氢气的净化分离方法，指出目前我国生物质气化制氢存在的问题和将来的研究方向。 关键词：生物质；气化；制氢。
Abstract In the context of humans face with a series of serious energy crisis and environmental pollution，the world are committed to developing and researching clean energy, and it has made some achievements. The prospective future of hydrogen from biomass gasification makes it a major concern all over the world. This article focuses on the basic principles and fundamental processes of hydrogen from biomass gasification, describes the purification and separation method of hydrogen, pointed out that at present China's biomass gasification problems and future research directions. Key words: Biomass; gasification; Hydrogen production.