生物制氢技术的原理和发展现状

可再生能源实验设计论文题目生物制氢技术的原理和发展现状

学院机电工程学院

专业农业生物环境与能源工程

学生姓名××

学号×××××

指导老师××××

撰写时间： 20××年×月×日

生物制氢技术的原理和发展现状

摘要：介绍了生物制氢的基本原理、三种生物制氢的基本方法，并对这三种方法进行了比较；简要介绍了生物制氢技术的国内外发展历程；最后总结了生物制氢技术研究方向，指出了光合生物制氢是最具发展前景的生物制氢方法。

关键词：氢气、生物制氢、光合生物、实验设计

1．前言

随着能源短缺以及能源使用过程产生的环境污染问题的日益严重，人类面临着寻求绿色、新能源的巨大难题。氢能具有清洁、高效、可再生的特点，是一种最具发展潜力的化石燃料替代能源。与传统的热化学和电化学制氢技术相比，生物制氢具有低能耗、少污染等优势。生物制氢技术的发展在新能源的研究利用中日趋受到人们的关注。本文主要介绍了生物制氢的基本原理、生物制氢的三种方法和此技术的研究发展现状及实验设计。

2．生物制氢技术的基本原理与方法

制氢的方法包括化石能源制氢、电解水制氢、生物制氢、热解制氢等[1]。其中，生物制氢具有节能、清洁、原料来源丰富、反应条件温和、能耗低和不消耗矿物资源等优点[2,3]。

广义地讲，生物制氢是指所有利用生物产生氢气的方法，包括微生物产氢和生物质气化热解产氢等[4,5]。狭义地讲，生物制氢仅指微生物产氢，包括光合细菌（或藻类）产氢和厌氧细菌发酵产氢等[2,6,7,8,9]。本文只讨论狭义上理解的生物制氢，这也是利用生物制氢的主要研究方向[3,6]。

迄今为止一般采用的方法有：光合生物产氢，发酵细菌产氢，光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。各种生物制氢方法有不同的特点[10]。

2.1下面简要介绍下生物制氢的三种方法

1）光合生物产氢利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能[8,11]。目前研究多的产氢光合生物主要有蓝绿藻、深红红螺菌、红假单胞菌、类球红细菌、夹膜红假单胞菌等[6,17]。

蓝藻与绿藻在厌氧条件下，通过光合作用分解水产生氧气和氢气，它们的作用机理与绿色植物的光合作用机理相似。作用机理见图1[13]，这一光合系统中,

具有两个独立但协调起作用的光合作用中心；接收太阳能分解水产生H+、电子和O2的光合系统Ⅱ( PSⅡ)以及产生还原剂用来固定CO2的光合系统Ⅰ( PSⅠ)。PSⅡ产生的电子由铁氧化还原蛋白携带经由PSⅡ和PSⅠ到达产氢酶，H+在产氢酶的催化作用下在一定的条件下形成H2[14]。产氢酶是所有生物产氢的关键因素，绿色植物由于没有产氢酶,所以不能产生氢气，这是藻类和绿色植物光合作用过程的重要区别所在，因此除氢气的形成外，绿色植物的光合作用规律和研究结论可以用于藻类新陈代谢过程分析。

图1 藻类光合产氨过程电子传递示意图

光合细菌产氢和蓝细菌、绿藻一样都是太阳能驱动下光合作用的结果, 但是光合细菌只有一个光合作用中心(相当于蓝细菌、绿藻的光合系统Ⅰ)，由于缺少藻类中起光解水作用的光合系统Ⅱ，所以只进行以有机物作为电子供体的不产氧光合作用,光合细菌光合作用及电子传递的主要过程如图2[13]。光合细菌所固有的只有一个光合作用中心的特殊简单结构，决定了它所固有的相对较高的光转化效率, 具有提高光转化效率的巨大潜力。

图2 光合细菌光合产氢过程电子传递示意图

2）发酵细菌产氢利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢[8]。能够发酵有机物产氢的细菌包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌，如丁酸梭状芽孢杆菌、大肠埃希氏杆菌、产气肠杆菌、褐球固氮菌、白色瘤胃球菌、根瘤菌等[6,17]。与光合细菌一样，发酵型细菌也能够利用多种底物在固氮酶或氢酶的作用下将底物分解制取氢气，底物包括：甲酸、乳酸、丙酮酸及各种短链脂肪酸、葡萄糖、淀粉、纤维素二糖，硫化物等。发酵气体中含H2 (40 %～49 %) 和CO2(51 %～60 %) 。CO2经碱液洗脱塔吸收后，可制取99. 5 %以上的纯H2。产甲烷菌也可被用来制氢。这类菌在利用有机物产甲烷的过程中，首先生成中间物H2、CO2和乙酸，最终被产甲烷菌利用生成甲烷。有些产甲烷菌可利用这一反应的逆反应在氢酶的催化下生成H2[17]。

在这类异养微生物群体中，由于缺乏典型的细胞色素系统和氧化磷酸化途径，厌氧生长环境中的细胞面临着产能氧化反应造成电子积累的特殊问题，当细胞生理活动所需要的还原力仅依赖于一种有机物的相对大量分解时, 电子积累的问题尤为严重。因此，需要特殊的调控机制来调节新陈代谢中的电子流动,通过产生氢气消耗多余的电子就是调节机制中的一种[15]。

3)光合生物与发酵细菌的混合培养产氢由于不同菌体利用底物的高度特异性，它们能分解的底物是不同的。要实现底物的彻底分解并制取大量H2，应考虑不同菌种的共同培养。Yokoi H.等采用丁酸梭菌( Clost ridiumbutylicm )、产气

肠杆菌( Enterobacter aerogenes) 和类红球菌( Rhobacter sphaerbdies)共同培养，从甜土豆淀粉残留物中制取H2，可连续稳定产氢30 天以上，平均产氢量为4.6molH2/mol葡萄糖，是单独利用C.butylicm产氢量的两倍。原因在于C.butylicm 产生的淀粉酶能降解淀粉成葡萄糖来产氢，E.aerogenes中不含淀粉酶，只能直接利用葡萄糖产氢。而在两者代谢的过程中，葡萄糖降解除了产生H2，还产生两者不能利用的小分子有机酸，使培养基的pH值下降，偏离了微生物的最适生长条件，从而使氢气产量下降。但当三者共同培养时，葡萄糖降解产生的有机酸能被R .sphaerbdies降解，从而使培养基pH值保持恒定，葡萄糖能够被充分利用，产氢量大大提高[17]。

厌氧发酵产氢和光合细菌产氢联合起来组成的产氢系统称为联合产氢工艺。图3给出了联合产氧系统中厌氧发酵细菌和光合细菌利用葡萄糖产氢的生物化学途径和自由能变化[16]。从图中所示自由能可能看出，由于反应只能向自由能降低的方向进行，在分解所得有机酸中，除甲酸可进一步分解出H2和CO2外，其它有机酸不能继续分解，这是发酵细菌产氢效率很低的原因所在，产氢效率低是发酵细菌产氢实际应用面临的主要障碍。然而光合细菌可能利用太阳能来克服有机酸进一步分解所面临的正自由能堡垒，使有机酸得以彻底分解，释放出有机酸中所含的全部氢。

图3 厌氧发酵细菌和光合细菌联合产氢生化途径

2.2生物制氢的方法比较

光合生物制氢的优势在于对蓝细菌( Cyanobacteria)的研究较早，已经积累了丰富的经验，且光合细菌的底物范围也较广[17]；光合细菌对光的转化效率高[18]。但光合生物制氢存在以下问题：1）蓝细菌和绿藻在产氢的同时伴随氧的释放，易使氢酶失活[1,19]。消除氧气的机械法和化学法[3]或者消耗大量惰性气体和能量，或者导致不可逆反应使细胞失活，都不可取。2）光合产氢微生物只对特定波长的光线有吸收作用[20]，而提供充分的波长合适的光能又会消耗大量的能源，光源的维护与管理变得复杂，使产业化制氢难度变大[7,11]。

发酵法生物制氢较光合法生物制氢具有以下几个优点：1）发酵产氢菌株的产氢能力要高于光合产氢菌株的产氢能力。2）在实际培养中，发酵细菌生长要快于光合细菌。3）无需光照，不但可以昼夜持续产氢，且产氢反应装置的设计简单，操作管理方便。4）可以使单台制氢设备的容积足够大，提高单台制氢设备的产氢能力，易于实现工业化生产规模。5）可以广泛利用工业废料为底物，实现废物处理的资源化。6）混合培养时，产氢细菌驯化和启动更容易[6,7,18,21，22,23]。

3 生物制氢技术的国内外发展现状及实验设计

3.1 国内外现状

生物制氢早在早在100多年前就已经被发现[24]，科学家们就发现在微生物作用下，通过蚁酸钙的发酵可以从水中制取氢气[2,7]。1931年，Stephenson等人首次报道了再细菌中有氢酶的存在后，Nakamura在1937观察到光合细菌在黑暗条件下放氢现象[25]。1939年和1942年Gafforn及其合作者发现了一种已在地球上存在30亿之久的蓝绿海藻——栅藻(Scenedesmus obliquus)，它既能在厌氧的条件下吸收氢气固定CO2，也能在一定条件下通过光合作用产生氢气[26,27]。1949年Gest和Kamen报道了深红螺菌在光照条件下的产氢现象和固氮作用[28]。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[29]。

生物制氢的想法最先是由Lewis于1966年提出的，其研究与开发主要围绕绿藻、蓝细菌和光合细菌的光解产氢及发酵产氢两大类展开的[11]。Benemann在1974年观察到柱孢鱼腥藻(Anabaena cylindrical)可光解水产生H2和O2[30]。1979年，Lamma发现钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)具有放氢的特性[31]。

20世纪70年代世界性的能源危机爆发，生物制氢的可行性研究受到高度重视[23]。生物制氢技术最早由Gaffron和Rubin提出并首先展开了相关研究，此后该项研究在世界上许多国家迅速展开[23]。最先开始生物制氢技术的国家是美国、日本等发达国家，后来世界许多国家都投入了大量的人力物力对生物制氢技术开发研究。预计21世纪中期可实现生物制氢技术的实际商业化应用。迄今为止，已有牛粪废水、精制糖废水、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水[32]、麦麸、酒糟、玉米秸秆等农业固体废弃物以及厨余垃圾[3]被转变为生物氢气，但研究规模还处于实验室水平。

人们为了提高反应器内的生物量，普遍利用纯菌种[9]，在菌体培养方面研究固定化技术。传统观点认为，微生物体内的产氢系统（主要是氢化酶）很不稳定，只有进行细胞固定化，才可能实现持续产氢。李建政等使用肠杆菌E. 82005 菌株进行试验[11]，连续流非固定化试验的产气率仅为琼脂固定化试验的1/7。

然而，固定化技术也有不足。细菌的包埋是一种很复杂的工艺，要求有与之相适应的纯菌种生产、菌体固定化材料开发及加工工艺，使制氢成本大幅度增加；细胞固定化形成的颗粒内部传质阻力较大，使细胞代谢产物在颗粒内积累而对生物产生反馈抑制和阻遏作用，从而会使生物产氢能力降低；固定化的细菌容易失活，一般经3到6个月运行后需要更换，增加了运行成本[23]。

而国内的研究起步较晚，起始于20世纪90年代，但进展迅速，我国有不少学者在氢气的生物方法制取方面有不少研究，主要集中在厌氧生物制氢和光合生物制氢两大方面。

任南琪在1990 年提出了以厌氧活性污泥为制氢生产者，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术[1,34]。该法避免了利用纯菌种进行生物制氢所必须的纯菌分离、扩大培养、接种与固定化等一系列配套技术和设备，在大幅度降低生物制氢成本的同时，也提高了生产工艺的可操作性，在技术上更易满足工业化生产的要求。中国哈尔滨工业大学通过选育得到了高转化细菌，建立了非固定化连续流混合菌发酵方法，已完成500～1000标准m3/d的中试试验，目前正建立600m3/d的工业化试验装置，成本低于水电解法制氢成本[2,36]。

虽然在发酵法制取氢气的研究上已经取得了很大的成绩，但是这种技术至今没有被广泛的利用，说明它还存在很多问题受到很大限制[6]。另外，对于生物制

氢，氢气的纯化与储存是一个很关键的问题。生物法制得的氢气的体积分数通常为60 %～90 %，气体中可能混有CO2、O2和水蒸气等。有人尝试使反应气体通过钯～银膜，以实现反应与分离的耦合[1]。

3.2 实验设计

3.2.1 光水解制氢

从Gaffron1942年报道了栅藻(Scenedesmus obliquus)可光裂解水制氢[26,27]以后，Benemann等人对微藻产氢进行了深入研究，此后该项研究在世界许多国家迅速展开。光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过微藻及蓝细菌的光合作用及其特有的产氢酶系将水分解为H2O和O2，并且在制氢过程中不产生C02。蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。藻类是直接光解水获得氢气，而蓝细菌则属于间接光解水，中间存在一个CO2的固定和转化过程。对于藻类和蓝细菌产氢而言，由于光合中心I和光合中心II的同时存在，其在光合作用放氢的同时还伴随着氧气的生成，而氧气对藻类和蓝细菌的产氢酶具有较强的抑制作用；同时由于氢气性质较为活跃，在氧气存在的条件下即使在环境条件下也能与氧化合生成水，因此要想获得氢气就需要进行气体分离，这就增加了光解水制氢的技术难度，提高了制氢的成本[14]。

光解水制氢因其只需以水为原料且有两个光合系统就可将光能转化为氢气，太阳能转化效率比数目及农作物高10倍左右，且原料来源丰富、环保等优点。但也有很多缺点如不能利用有机物、不能利用有机废弃物、在光照的同时需要克服氧气的抑制效应、光转化效率低(最大理论转化效率为10%)、复杂的光合系统产氢需要克服的自由能较高(+242kJ/mol，以H2计)[13]、光生物反应器造价昂贵等，从而影响了光解水生物制氢技术的发展，制约了规模化制氢。但光解水制氢作为制氧来源还有许多需要解决的技术难题，因为在光合放氧的同时伴随有氧的释放，除产氢效率较低外，如何解决产氢酶遇氧失活是该技术应解决的关键问题。一些改善方法，如采用连续不断提供氩气以维持较低氧分压和光照黑暗交替循环等方法一般用于实验研究，较难实用化。

3.2.2 厌氧生物制氢

厌氧生物制取氢气的研究最早开始于20世纪70年代。它是通过厌氧微生物将有机物降解制取氢气。许多厌氧微生物在氮化酶或氧化酶的作用下能将多种底

物分解而得到氢气。这些底物包括：甲酸、丙酮酸、CO和各种短链脂肪酸等有机物、淀粉纤维素等糖类、硫化物等。这些物质广泛存在于工农业生产的高浓度有机废水和人畜粪便中，利用这些废弃物制取氢气，在得到能源的同时还会起到保护环境的作用，实现了废弃物的资源化利用。目前许多国家的科学家对厌氧发酵有机物制氢的过程开展了研究，在菌种选育、驯化和反应器结构方面进行了较多的工作。哈尔滨工业大学较早开展了厌氧法生物制氢技术的研究，发现了产氢能力很高的厌氧细菌乙醇型发酵，在理论上取得了重大突破，处于国际领先水平，并研制出利用城市污水、淀粉厂、糖厂等含碳水化合物废水制取氢气的生物制氢反应器，在良好运行条件下，最高持续产氢能力达到5.7m3H2/(m3反应器·d)。厌氧生物产氢要达到规模工业化生产，除需进一步研究厌氧生物产氢的影响因素、厌氧生物产氢污泥驯化及其不同基质的产氢潜能外，还必须研制厌氧生物产氢控制系统，评估工程投资、运行费用与产氢效率的关系，以及实验室反应器模型放大到工程实践中的偏差，因此，厌氧生物产氢的工业化生产还有待时日。

对于厌氧制氢来说由于其产氢过程不依赖光照条件，易于实现反应器的放大，但由于厌氧产氢菌不能彻底利用发酵底物而造成有机酸的积累，抑制反应进行，同时原料的不完全利用也会带来环境危害。从产氢能力来看，光合细菌产氢效率远远高于藻类制氢、蓝细菌制氢和厌氧制氢。同时光合细菌制氢还因可以利用多种有机酸和有机废弃物进行产氢，实现能源生产和废物处理的综合效应而吸引众多学者的关注[10]。

3.2.3 光合微生物制氢

对比各类生物制氢技术，光合细菌制氢不仅有较高的产氢能力，还可以利用多种有机废弃物作为产氢原料，实现氢能生产和废弃物处理的双重目标而成为制氢技术研究的热点。光合微生物制氢是指利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能。能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类。目前研究较多的产氢光合细菌主要有深红红螺菌、红假单胞菌、液胞外硫红螺菌类球红细菌、夹膜红假单胞菌等[12]。光合细菌作为光合制氢的理想材料其优点包括：(1)容易培养并且以多种有机废弃物为产氢原料，具有较高的理论转化率；(2)可利用的太阳光谱范围较宽，比蓝细菌和绿藻的吸收光谱范围更广泛，具有较高的光能转化率潜力；(3)产氢需要克服的自由能较小(乙酸光合细菌产氢的自由能只有+8．5 kJ/molH2)；(4)终

产物氢气组成可达95%以上；(5)产氢过程中不产生氧气，是一种最具发展潜力的生物制氢方法。基于以上优点，光合细菌制氢得到了众多研究者的关注。有关光合制氧最早的研究是Nakarnura于1937年首先观察到光合细菌释放氢气的现象，Gestt于1949年报道了光合细菌在光照厌氧条件下可产生氢后，人们对光合细菌的产氢机制进行了大量研究，探明了其产氢的基本原理，但由于微生物代谢的复杂性，到目前为止对产氢的具体过程还有很多未知之处。

国内外一些学者已对光合细菌产氢机理开展了一些探索性研究，但由于光合生物制氢普遍存在光转化效率较低和生产成本高等问题，所以，至今仍停留在实验室探索性研究阶段。近几年，国内少数学者主要围绕提高光合细菌的光转化效率等方面，着手对光合细菌制氢进行了实验研究，并取得了一些重要进展。河南农业大学在国家自然科学基金、863计划等项目支持下，正在按照生产性工艺条件进行太阳能光合生物制氢技术及相关机理的研究，并且已经取得了一定的突破。目前，直接利用太阳能的光合细菌制氢技术研究进入了中小规模的连续生产性技术研究阶段，主要研究目标是解决光合生物的连续、高效和规模化制氢工艺等关键技术问题，研制出的太阳能光合生物连续制氢系统为深入研究光合生物连续制氢技术及其工业化应用提供了基础试验平台，取得了一些重要的研究进展。

4 生物制氢技术的研究重点与前景

目前，生物制氢需要解决的问题及研究重点主要可概括为以下几个方面：1）氢气形成的生物化学机制研究。进一步深入、准确地表达氢气的代谢途径及调节机制，为提高光合产氢效率及其它应用方面的研究提供基础。

2）高产菌株的选育。优良的菌种是生物制氢成功的首要因素，目前还没有特别优良的高产菌株的报道，需要加强常规筛选和基因工程筛选方面的研究。

3）光的转化效率及转化机制方面的研究。光能是光合生物制氢的唯一能源，需要深入研究光能吸收、转化和利用方面的机理，提高光能的利用率，以加快生物产氢的工业化进程。

4）原料利用种类的研究。研究资源丰富的海水以及工农业废弃物、城市污水、养殖厂废水等可再生资源，同时注重污染源为原料进行光合产氢的研究，既可降低生产成本又可净化环境。

5）连续产氢设备及产氢动力学方面的研究。

6）氢气与其它混合气分离工艺的研究。

7）副产物利用方面的研究。光合产氢时原料对氢气的转化率很低，在提高氢气转化率的同时研究其它有用副产品的回收和利用，是降低成本、实现工业化生产的有效途径。

长期的实验研究我们知道，光解水制氢虽然原料简单易得，但其他条件要求高，产氢速率较低；厌氧黑暗发酵产氢的速率目前最高，条件要求最低，有直接的应用前景；而光合细菌因其在光照条件下，可分解有机质产生氢气，终产物中氢气组成可达60%以上，且产氢过程中也不产生对产氢酶有抑制作用的氧气，产氢速率比光解水产氢快，能量利用率比厌氧发酵产氢高且能将产氢与光能利用、有机物去除相结合，而且光合细菌的蛋白含量占到细胞重量的65%，菌体中含有多种维生素和光合色素，在发酵产氢结束后所收集的细胞还能够作为饲料添加剂和微生物肥料等，因此是最具发展潜力的生物制氢方式。

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制氢技术比较及分析报告

制氢技术综述&制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含量高、纯度较低，不能达到GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢 （B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3. 天然气制氢

（1）天然气部分氧化制氢因需要大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本。 （2）天然气自热重整制氢由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重整反应过程具有装置投资高，生产能力低的特点。 （3）天然气绝热转化制氢大部分原料反应本质为部分氧化反应。 （4）天然气高温裂解制氢其关键问题是，所产生的碳能够具有特定的重要

用途和广阔的市场前景。否则，若大量氢所副产的碳不能得到很好应用，必将限制其规模的扩大。 （5）天然气水蒸汽重整制氢，该工艺连续运行, 设备紧凑, 单系列能力较大, 原料费用较低。 因此选用天然气水蒸汽重整制氢进行方案对比。 4.甲醇制氢 （1）甲醇分解制氢，该反应是合成气制甲醇的逆反应，在低温时会产生少量的二甲醚。 （2）甲醇水蒸汽重整制氢，是甲醇制氢法中氢含量最高的反应。这种装置已经广泛使用于航空航天、精细化工、制药、小型石化、特种玻璃、特种钢铁等

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。

生物大分子分离技术综述

生物大分子分离技术综述 摘要：生物大分子包括核酸DNA和RNA、多糖、酶、蛋白质以及多肽等。生物大分子分离技术是生物研究中的核心技术之一，当前医学，药学及生命科学学科之间的交叉渗透为大分子分离技术的发展提供了更多的契机。本文对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术, 以及色谱, 电泳等现代分离技术的发展概况、方法、特点及应用进行了综述。 关键字：分离技术生物大分子 1前言 生命科学的发展给生物大分子的分离技术提出了新的要求。各种生化、分子研究要求提取分离高纯度，结构完整和具有生物活性的活性的生物大分子样品，这就使得分离技术在各项研究中起着至关重要的作用。对生物大分子分离技术的研究也就随之产生。同时，随着各学科之间的交叉渗透，纳米材料、计算机自动化等技术的发展也为生物大分子技术的发展提供了更多的空间。 生物大分子的制备具有如下特点：生物样品的组成极其复杂，许多生物大分子在生物样品中的含量极微，分离纯化的步骤繁多，耗时长；许多生物大分子在分离过程中就非常容易失活，因此分离过程中如何保证生物大分子的活性，也是提取制备的困难之处；生物大分子的制备几乎都是在溶液中进行的,温度、PH值、离子强度等各种参数对溶液中各种组成的综合影响，很难准确估计和判断。这些都要求生物大分子的分离技术以此为依据，突破这些难点，优化分离程序以获得符合要求的生物大分子试剂。 2传统分离技术 被广泛应用传统的生物大分子分离方法有透析、溶剂萃取、沉淀和超滤等，它们都是一些较早就建立起来比较完善的的分离方法。 2.1透析法 1861年Thomas Graham发明透析方法,已成为生物化学实验中最简易常用的分离纯化技术之一。在生物大分子的分离过程中,除盐、少量有机溶剂、生物小分子杂质和浓缩样品等都需用到透析。现在，除半透膜的材料更加多样化，透析方式也更加多样。透析法主要是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜，而大分子物质不能通过半透膜的性质，达到分离的方法。例如分离和纯化DNA、蛋白质、多肽、多糖等物质时，可用透析法以除去无机盐、单糖、双糖等杂质。反之也可将大分子的杂质留在半透膜内，而将小分子的物质通过半透膜进入膜外溶液中，而加以分离精制：透析是否成功与透析膜的规格关系极大。透析膜的膜孔有大有小，要根据欲分离成分的具体情况而选择。透析膜有动物性膜、火棉胶膜、羊皮纸膜、蛋白质胶膜、玻璃纸膜等。分离时，加入欲透析的样品溶液，悬挂在纯化水容器中，经常更换水加大膜内外溶液浓度压，必要时适当加热，并加以搅拌，以利透析更快。最后，透析是否完全，须对透析膜内溶液进行检测。

我国生物技术现状的发展及展望

我国生物技术的现状发展及展望 课程：食品生物技术 专业： 班级： 学号： 姓名： 完成时间：2011 年5月23日

我国生物技术的现状发展及展望 摘要：生物技术是20 世纪后期人类科技史上最令人瞩目的高新技术，它是国际科技竞争乃至经济安全的重点。在我国生物技术一直受到国家的高度重视，并从政策、环境方面采取了多项有效措施来推动生物技术与产业的发展。特别是改革开放二十多年来，国家相继出台了重大科技计划，把生物技术作为优先发展的领域，从而进一步加快了生物技术的发展步伐。我国还积极参与国际生物计划，如人类基因组计划、人类脑计划、人类肝脏蛋白质组计划等。有些研究领域已走在世界前列，初步建立起较为完整的生物技术研发体系，生物产业也初具规模，生物经济初见端倪。 关键词：生物技术现状发展前景 0前言 生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。[1]主要包括基因、细胞、酶、发酵等工程学科,近年来在医药、农业、食品、化工、能源、冶金、环保等领域有了越来越广泛的应用,形成了一个新兴的生物技术产业群。 目前，我国生物技术已广泛用于农业、医药、环保、轻化工等重要领域，为生物技术创新和产业化奠定了良好基础。生物技术与产业已经开始从跟踪仿制到自主创新的转变；从实验室探索到产业化的转变；从单项技术突破到整体协调发展的转变。中国生物科技发展中心主任王宏广说，我国生物技术在让企业积极参与产业化的同时，还要加强有独立知识产权成果的创新。努力培养技术、管理人才，建立产品标准化体系，组建相关行业协会，规范市场秩序。 1我国生物技术的发展 1.1生物技术在我国的兴起 我国第一个生物制品研究所始建于1919年，在北平天坛成立了中央防疫处--即今天的北京生物制品研究所，迄今已有80多年的历史。我国自七十年代末开始了现代生物技术的研究。国家高度重视生物技术的发展，不仅被列为863计划之首，而且纳入七五、八五、九五国家重点攻关计划。这一系列的举措，大大促进了我国医药生物技术的发展，并形成了一定的产业规模。据统计，我国现有456个单位从事生物技术的研究、开发和生产，其中医药领域的有165个，占36%，专业人员约6800人，

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。

生物技术专业综述

生物技术专业综述 作为生物技术专业的一名学生，我认为我们应该知道以下内容，以方便我们更好的了解我们所学的内容，这将对我们以后的学习以及就业都有帮助。 我们所学的主要课程：微生物学、细胞生物学、生物化学、遗传学、学、基因工程、细胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下游技术、发酵工程设备等。 生物技术的定义：应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。现代生物技术综合分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、化学、物理学、信息学、计算机等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。 生物技术的发展：生物技术是全球发展最快的高技术之一。70年代发明了重组DNA技术和杂交瘤技术。80年代建立了细胞大规模培养转基因技术，现代生物技术（基因工程）制药开始于八十年代初，特别是发明了pcr技术，使现代生物技术的发展突飞猛进，90年代，随着人类基因组计划以及重要农作物和微生物基因组计划的是害死和信息技术的渗透，相继发展起了功能基因组学，生物信息学，组合化学，生物芯片技术以及一系列的自动化分析测试和药物筛选技术和装备。目前，各种新兴的生物技术已被广泛地应用于医疗，农业，生物加工，资源开发利用，环境保护，并对制药业等产业的发展产生了深刻的影响。近些年来，以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展迅猛，并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。所谓生物技术（Biotechnology）是指“用活的生物体（或生物体的物质）来改进产品、改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术”。生物工程则是生物技术的统称，是指运用生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学等原理与生化工程相结合，来改造或重新创造设计细胞的遗传物质、培育出新品种，以工业规模利用现有生物体系，以生物化学过程来制造工业产品。简言之，就是将活的生物体、生命体系或生命过程产业化的过程。生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物电子工程、生物反应器、灭菌技术以及新兴的蛋白质工程等，其中，基因工程是现代生物工程的核心。基因工程（或称遗传工程、基因重组技术）就是将不同生物的基因在体外剪切组合，并和载体（质粒、噬菌体、病毒）的DNA连接，然后转入微生物或细胞内，进行克隆，并使转入的基因在细胞或微生物内表达，产生所需要的蛋白质。 目前，有60%以上的生物技术成果集中应用于医药产业，用以开发特色新药或对传统医药进行改良，由此引起了医药产业的重大变革，生物制药也得以迅速发展。生物制药就是把生物工程技术应用到药物制造领域的过程，其中最为主要的是基因工程方法。即利用克隆技术和组织培养技术，

中国生物技术的发展现状

中国生物技术的发展现状 我国第一个生物制品研究所始建于1919年，在北平天坛成立了中央防疫处--即今天的北京生物制品研究所，迄今已有80多年的历史。 我国自七十年代未开始了现代生物技术的研究。国家高度重视生物技术的发展，不仅被列为863计划之首，而且纳入七五、八五、九五国家重点攻关计划。这一系列的举措，大大促进了我国医药生物技术的发展，并形成了一定的产业规模。 我国基因工程多肽药物、单抗和新型诊断试剂在仿制的基础上向创新发展，已能生产目前国际上市的大多基因工程多肽药物，基因工程干扰素α-1b-系国际首创，重组人肿瘤坏死因子、bFGF已申请专利，首创的免疫PCR胃癌诊断试剂已获得新药证书，有望开发出一系列的高灵敏度癌症诊断试剂。 基因工程疫苗的研制取得明显进展，基因工程乙肝疫苗投放市场，对乙肝的预防起到了非常重要的作用。双价痢疾疫苗、霍乱疫苗获准试生产，血吸虫疫苗。出血热疫苗等正在进行临床试验。 基因治疗取得突破，研制成功具有高效导入功能的靶向性非病毒型载体系统，动物试验表明，该系统能在体内将基因高效导入肿瘤细胞，明显抑制肿瘤生长；血管表皮生长因子基因缝线等3种基因治疗方案已基本完成临床前试验。

获得了一批转基因动物，已获得生长激素转基因猪的第2、3、4代。获得手乳腺表达外源基因的转基因羊等。 通过研究出现一批创新性成果，克隆了大量人、动物、植物的新基因，创造了具有多种用途的新型表达载体等。 据统计，我国现有456个单位从事生物技术的研究、开发和生产，其中医药领域的有165个，占36%，专业人员约6800人，已有近二十种基因工程药物、疫苗获准进入市场，数十种医药生物技术产品正在进行临床或临床前研究。 当今世界生物技术迅猛发展，呈现出巨大活力。特别是九十年代以来，随着人类基因组计划等各类生物基因组研究工作的展开，新基因不断被发现，新技术、新手段不断涌现，生物技术进入了大发展的新时期。与此同时，生物技术产业迅速崛起，并已成为国际市场竞争的第二个热点领域。可以预言，二十一世纪生物技术将会对世界技术经济格局产生重要影响，生物技术产业将成为全球经济的支柱产业之一。 一、我国生物技术产业发展现状 近年来，我国的生物技术取得了很大的发展。初步形成了医药生物技术、农业生物技术、轻化工生物技术、海洋生物技术等门类齐全的生物技术研究、开发、生产的体系；取得了一批具有较高水平的生物技术研究开发成果，开发出一批生物技术产品并投放市场。 1、现代生物技术产品的销售额是10年前的50倍

(word完整版)现代农业高技术的发展现状、方向和趋势

类别：综述 现代农业高技术的发展现状、方向和趋势 龚德平 现代农业是市场化、工业化、科学化、集约化、社会化、补贴与福利化以及可持续发展的农业。发展现代农业，就是用现代物资条件装备农业，用现代科学技术武装农业，用现代产业体系组织农业，用现代经营形式管理农业，用现代市场发展理念引领农业，用培养知识文化型农民发展农业。现代农业高技术是发展现代农业的核心。 （一）、现代农业高技术的发展现状 随着生物技术、信息技术、新材料技术等高技术的不断发展，现代农业高技术发展迅速。以生物技术、信息技术为代表的高技术不断向农业科技领域渗透和融合，逐渐形成了分子育种技术、转基因技术、数字农业技术、节水农业技术、食品加工技术、航天育种技术等农业高技术体系。 1、农业生物技术发展迅速，成为经济发展新的制高点，对科学、技术、方法、理念、产业、社会与伦理产生一系列的革命性影响。现代分子育种学与传统动植物育种技术的结合，促进了新兴分子育种技术的发展。近年来由于转基因生物对生态环境和人类健康影响尚存在一些科学意义上的不确定性，科技界纷纷把研究重点转向动、植物分子标记辅助选择技术，该技术具有高效、安全的突出优点，已经展示出部分常规育种技术无法比拟的优越性。以转基因为核心的现代生物技术产业成为当今世界发展最快、最活跃的农业高技术产业领域之一。农业生物药物技术研究取得了一

批重大突破，成为农业高技术研究领域角逐的重点领域，目前以基因重组技术为代表的生物技术是农业生物药物研究的核心技术。生物技术在理论和技术上不断取得突破，为现代农业高技术的孕育、成熟、发展创造了条件。同时，生物技术的迅猛发展，越来越直接地影响着人类的精神生活，冲击着传统的伦理观念，衍生出许多新的伦理道德问题。 2、农业信息技术与数字化技术日新月异，对传统农业的改造显示出强劲的动力。农业信息化技术与数字化技术的应用主要有数据库技术、农业专家系统、3S技术、农业网络技术以及精确农业技术等。农业专家系统最早于1986年出现在美国，现在专家系统通过网络传送到田间和饲养场正成为一种趋势；以3S技术（遥感技术、地理信息系统、全球定位系统）与精确农业技术为基础的精确农业已经成为当今世界农业发展的新潮流；农业现代高技术装备迅速地吸收应用电子与信息技术、新材料技术发展成就开发出智能、高效、多功能和大型化农业现代装备。与此同时，农业信息技术与数字化技术的不断发展，对社会物资生活、精神生活方式、以及人类物资、精神文明空间的拓展与延伸产生深刻的变革。 3、高技术引领驱动和支撑农业生产方式转变，成为世界现代化农业发展的根本标志。现代生物技术、信息技术和新材料技术的迅猛发展，为解决农业资源高效利用、生态环境保护等现代农业综合发展问题提供了新的技术途径，农业资源利用与生态环境技术研究主要集中在节水农业技术、新型肥料技术、农业废弃物综合利用技术等方面。目前节水农业研究的目标是不断提高作物水分利用率和利用效率，依据作物生理需水确定作物用水；在新型肥料技术方面，目前主要研究主要集中在纵横向动态平衡施肥

制氢工艺技术比较分析

制氢工艺技术比较分析 发表时间：2018-12-05T20:54:23.827Z 来源：《电力设备》2018年第22期作者：艾腾筐[导读] 摘要：随着国家的发展，制氢工艺技术的应用受到广泛关注，但是，由于制氢工艺技术种类很多，应用效果与效益存在差异，因此，在应用之前应重视各类工艺技术之间的对比分析，并采用科学化与合理化的方式开展综合研究工作，探索新时期的主要制氢工艺技术方式，为产业化的发展夯实基础。 （新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州 841000）摘要：随着国家的发展，制氢工艺技术的应用受到广泛关注，但是，由于制氢工艺技术种类很多，应用效果与效益存在差异，因此，在应用之前应重视各类工艺技术之间的对比分析，并采用科学化与合理化的方式开展综合研究工作，探索新时期的主要制氢工艺技术方式，为产业化的发展夯实基础。 关键词：制氢；工艺技术；比较 氢气属于我国重要工业产品之一，广泛应用在石油领域、化工领域、建材领域、冶金领域、电子领域、医药领域、电力领域、轻工业领域、气象领域与交通领域，在不同领域应用中对氢气的纯度与杂质含量要求不同。因此，为了结合各个领域的氢气需求，应筛选效率较高的制氢工艺与相关配套装置，提升经济效益并保证生产工作灵活性，满足安全管理需求，加大新工艺技术的应用力度。 一、制氢工艺技术方式分析 第一，电解水制氢工艺技术。对于此类工艺技术而言，属于我国常用且发展成熟的制氢方法，主要将水作为原材料，形成氢气与氧燃料生成水的逆过程，达到制氢的目的。因此，在实际制作的过程中，需要提供一定能量，并促进水分解，例如：提供电能，可以促进水分解，制氢效率为86%左右，工艺的应用较为简单，没有污染问题，且经济效益较高，但是，在实际应用过程中，对配电功率的要求很大，单套装置难以完成任务，因此，在很多区域中受到限制。 第二，天然气转化制氢工艺技术。此类方式就是在催化剂的作用之下，使得水蒸气转化成为氢气，通常反应温度为810摄氏度左右。此类工艺技术所制成的氢气含量在74%左右，很多大型加工厂中都在使用天然气作为燃料，对蒸汽进行催化，制取氢气。但是，此类工艺技术在实际应用期间，流程较为繁琐，需要投入的成本很高，消耗的能源也很多，对生态环境会产生一定影响。因此，我国已经开始针对此类工艺技术进行整改，开发间歇式的天然气蒸汽制作工艺技术，在小型设备的支持下，降低制取成本。但是，由于原材料的分布不均匀，导致此类方式的应用受到一定限制。 第三，没碳化制氢工艺技术。此类技术将煤设置在与空气相互隔绝的环境中，温度为950摄氏度左右，制取焦炭，副品就是焦虑煤气，其中含有60%左右的氢气。对于焦炉煤气而言，在去除杂质之后，可以进行氢气的提取，但是，此类工艺技术的应用流程较为复杂，需要投入的资金量较高，存在制约。 第四，煤气化制氢工艺技术。此类技术就是创建固定床类型的汽化炉设备，所制取的煤气中含有40%氢气。在煤气杂质处理之后，可以使用相关装置进行氢气的制取，且费用很低，氢气的提取效率较高，可以应用在生产中。 第五，甲醇水蒸气转化制氢工艺技术。通常情况下，在甲醇与脱盐水蒸汽相互混合之后，将其放置在加压加热的的容器中，可以形成催化与转化作用，生成75%的氢气。在变压吸附的过程中，应使用吸附剂，根据压力变化对吸附剂的剂量进行动态化调整，在高压环境中对原料中杂质进行吸附，在低压环境中对杂质进行脱附处理，保证吸附剂的再生应用。此类技术的使用可以进行脱盐水与循环液缓冲罐中的甲醇、水等混合在一起，在循环液体升压泵的支持下，进行加压处理，将其与甲醇冲关升压泵加压之后的甲醇原料混合在一起，然后设置在换热器设备中，形成自转化器的转化作用，完成第一次热交换。在此之后，将原料液体放置在汽化塔设备中，然后在沸腾器与导热油的作用之下实现二次加热，进行汽化处理。在转化之后进入到脱碳的程度中，在八塔七次均压环境之下，进行真空变压吸附处理，制取出相关气体，将杂质排放在大气中。对于半成品气体而言，还需进入到PSA制氢工艺环节中，实现提纯处理目的，此时的氢气纯度甚至可以达到99.99%。在使用甲醇水蒸气转化制氢工艺技术的过程中，工艺流程较为简单，需要支付的成本很少，且操作灵活性很高，制氢规模在8000nm3/小时左右，有利于进行精细化生产与制作，因此，在实际生产的过程中，应合理使用此类工艺技术，遵循科学化与合理化的工作原则，编制完善的计划方案，在提升整体工作质量与制氢工艺技术应用水平的基础上，更好的完成当前任务，达到预期的工作目的。 二、制氢工艺技术比较 对于电解水制氢工艺技术而言，主要使用的原材料为水，制取规模为300nm3/小时，装置在使用过程中规模很小，建设的周期很多，使用便利性高，操作灵活，但是存在耗电量大的缺点[1]。 天然气转化制氢工艺技术的应用原材料为天然气与水，制取规模为4000nm3/小时左右，工艺流程较为复杂，配套装置的安装与建设时间长，需要支付较高投资成本。 煤焦化制氢工艺技术在应用期间，原材料为煤与水，制取规模为10000nm3/小时左右，但是，煤炭的资源分布不均匀，煤焦化的工艺流程会受到一定影响[2]。 煤气化制取技术在应用过程中，原材料为煤与水，制取规模为10000nm3/小时左右，工艺流程较为复杂，对生态环境会产生污染[3]。 甲醇水蒸气转化技术的原材料为甲醇与水，制取规模为8000nm3/小时左右。在生产过程中，甲醇原材料容易获取，运输与存储便利性高，需要投入的资金成本很低，且基础设施的建设时间很短，能耗较少。同时，此类技术在应用期间的工艺流程很简单，灵活性符合要求[4]。 综合对比分析可以发现，甲醇水蒸气转化制氢工艺技术的应用效果较高，能够打破传统工艺技术局限性，降低成本提升制氢工艺技术应用效果，因此，需予以足够重视，广泛进行推广应用[5]。 结语： 综上所述，对比分析各类制氢工艺技术，甲醇水蒸气转化制氢技术的应用效果较为良好，因此，在实际生产期间应总结丰富经验，合理应用此类工艺技术开展工作，确保满足当前的时代发展需求。 参考文献： [1]杨小彦，陈刚，殷海龙，等.不同原料制氢工艺技术方案分析及探讨[J].煤化工，2017（6）：40-43. [2]刘晓丽.制氢工艺技术比较[J].当代化工研究，2016（5）：78-79.

生物技术在生态环境的应用及研究进展

生物技术在生态环境的应用及研究进展 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在我国生态环境研究中的应用进展进行了综述。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。从生物技术处理垃圾废弃物、利用发酵工程技术处理污染物质、废水处理和污染土壤的生物修复、白色污染的消除等内容出发，指明了生物技术在我国治理环境污染，保护生态环境中的应用前景。 关键词生物技术；生态环境；环境保护；研究进展 1 引言 目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。 2现代生物技术与环境保护 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，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。 （1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。 （2）利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。 （3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术

生物传感器产业现状和发展前景

生物传感器产业现状和发展前景 冯德荣 1.1 生物传感器概述 生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起，处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是：探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是：广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合，研究和开发具有识别功能的换能器，并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术，研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularly imprinied polymer，MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片（DNA芯片、蛋白质芯片）独立学科领域，本文对这些领域将不进行讨论。 生物传感器研究起源于20世纪的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起，首先制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是：1985年“生物传感器”国际刊物在英国创刊；1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版；1990年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开，并且确定以后每隔二年召开一次。 此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来，从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器，逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器，例如酶—底物、酶—辅酶、抗原—抗体、激素—受体、DNA双螺旋拆分的分子等，把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子以外，还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用人工合成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器，如电化学（电位测定、电导测定、阻抗测定）、光学（光致发光、共振表面等离子体）、机械（杠杆、压电反应）、热（热敏电阻）或者电（离子或者酶场效应晶体管）等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。 按期召开的世界生物传感器学术大会记录了生物传感器技术发展的历程，总汇了这一领域的发展新动向。例如1992年在德国慕尼黑“国际生物传感器流动注射分析与生物工艺控制”学术会议上对生物工艺控制和在线系统进行研讨，至今仍作为研究者攻关的课题。2004年在西班牙格拉纳达会展中心召开的第八届世界生物传感器大会可以说是世界生物分析系统领域的一次大的盛会［1］，参会代表人数和发表论文数量都创造了历史新高。共有700余名来自世界各地的学者参加了本届大会，第八届世界生物传感器大会涉及领域内容空前广泛，对9个专题进行了分组讨论。包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然与合成受体、新的信号转导技术、系统整合/蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中，单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中的重要位置成为与会学者讨论的热点问题。

生物工程的现状及发展

生物工程的现状及发展 摘要：本文论述了什么是生物工程以及发展生物工程的重要意义，并介绍了当代的生物技术和研究成果，并对生物工程的发展前景做了简单的叙述。 关键词：生物工程酶工程工程前景 1 什么是生物工程 遗传工程是在分子生物学基础上发展起来的一项新兴技术，它通过人工转移或重组DNA大分子，增加生命体的基因种类，从而重新安排、设计人类所需要的新生命。生物工程就是把生命科学的最新成果和最新知识直接或间接地用于工农业生产、医药卫生、环境保护等各个领域的工艺学。一般认为它主要包括遗传工程、细胞工程、酶学工程和发酵工程。 繁衍或用传统的选择自发突变的方法既快又好。如育种，用传统的选择自发突变的方法比自然界进化产生新组合性状的速度快一万倍，而运用遗传工程技术，则快一亿倍。 细胞工程包括植物细胞组织培养和细胞杂交等。前者

是把植物的胚轴、叶片、茎段、根、花茎、花粉、胚、分生组织等离体培养成为植株。后者是指把植物的细胞，从植物体上分离下来，除去细胞壁，变成原生质体，在融合诱导剂促进下，使甲、乙两个种的细胞完成融合过程，继而培养成杂种植株。 酶工程是利用生物学使一种物质转化为另种物质的方法。酶工程避开了传统化学转化所需要的高温、高压、强酸、强碱等苛刻条件，在化学工业中显示出巨大的优越性。 发酵工程就是利用不同的微生物，在无氧或有氧条件下，将各种不同的原料转化成各种不同的物质，如酒精、糖类、氨基酸、蛋白质、维生素等。 2 发展生物工程的重要意义 人类在长期科学和生产实践中掌握了很多创造生物新类型的手段。到目前为止最有效的还是有性杂交方法。但是，这种方法也有其一定的局限性，种间、属间远缘杂交往往不易成功，至于亲缘关系更远的物种，如动物与细菌之间，就更不可能了。然而基因工程却可以越过这个杂交屏障，发挥它自己的特长。它不但能把不同微生物的优良性状结合在一起，而且还能使动物、植物、微生物的基因

生物传感器综述

生物传感器综述

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生物传感器课程论文 论文题目：生物传感器技术在环境分析 与检测方面的应用研究进展专业: 分析化学 姓名:雷杰 学号：120１5１305２9 指导教师：晋晓勇 时间：２０1５年1０月23日

生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展 摘要：生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。 关键词:生物传感器技术；环境分析检测;

０.前言 生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段,生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器,生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性,稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面,它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广,从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理 生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等,物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。 生物传感器识别和检测待测物的工作原理:首先,待测物分子与识别元素接触；然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

制氢技术比较分析报告.doc

制氢技术综述 &制氢技术路线选择 一、工业制氢技术综述 1.工业制氢方案 工业制氢方案很多，主要有以下几类： （1）化石燃料制氢：天然气制氢、煤炭制氢等。 （2）富氢气体制氢：合成氨生产尾气制氢、炼油厂回收富氢气体制氢、氯 碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气中氢的回收利用等。 （3）甲醇制氢：甲醇分解制氢、甲醇水蒸汽重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢。 （4）水解制氢：电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电 解、生物光解、热化学水解。 （5）生物质制氢。 （6）生物制氢。 2.工业制氢方案对比选择 （1）煤炭制氢制取过程比天然气制氢复杂，得到的氢气成本也高。 （2）由于生物制氢、生物质制氢和富氢气体制氢等方法制取的氢气杂质含 量高、纯度较低，不能达到 GT等技术提供商的氢气纯度要求。 （3）国内多晶硅绝大多数都采用的是水电解制氢，只有中能用的是天然气制氢，而国外应用的更多是甲醇制氢，因此，我们重点选择以下三类方案进行对比： （A）天然气制氢

（B）甲醇制氢 （C）水电解制氢 3.天然气制氢 制氢种类制氢方法特点 天然气水蒸汽重 1. 需吸收大量的热，制氢过程能耗高，燃料成本占生产成本的52－ 整制氢68％； 2.反应需要昂贵的耐高温不锈钢管作反应器； 3.水蒸汽重整是慢速反应，因此该过程制氢能力低，装置规模大和 投资高。 天然气部分氧化 1. 优点： 制氢 1）廉价氧的来源；2）催化剂床层的热点问题； 3）催化材料的反应稳定性；4）操作体系的安全性问题 2.缺点：因大量纯氧增加了昂贵的空分装置投资和制氧成本 天然气制氢 天然气自热重整 1. 同重整工艺相比，变外供热为自供热，反应热量利用较为合 理；制氢 2.其控速步骤依然是反应过程中的慢速蒸汽重整反应； 3.由于自热重整反应器中强放热反应和强吸热反应分步进行，因此 反应器仍需耐高温的不修锈钢管做反应器，这就使得天然气自热重 整反应过程具有装置投资高，生产能力低。 天然气绝热转化 1. 大部分原料反应本质为部分氧化反应，控速步骤已成为快速部分 制氢氧化反应，较大幅度地提高了天然气制氢装置的生产能力。 2.该新工艺具有流程短和操作单元简单的优点，可明显降低小规模 现场制氢装置投资和制氢成本。

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