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1、对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 导读：物资源高效利用新技术。关键词：矿业生物技术煤炭1现代生物技术导论第一章现代矿业生物技术的发展及应用类型一、现代矿业生物技术的发展最初，人们注意到利用矿山的酸性矿井水能从贫矿和废矿堆中浸出铜，因此推断在矿井水中可能存在某种微生物。1947年，库莫(Colmer)首次发现酸性矿井水中含有一种可以将Fe2+氧化成Fe3+的 现代生物技术导论 l矿 业 生 物 技 术作 者：陈晨 学 号: 1172135113 电 话：18247259070 单 位：矿业工程学院 日 期：2014.11.
2、05现代生物技术导论摘要现代矿业生物技术是一种环境友好的矿物资源高效利 用新技术。分析和阐述了现代矿业生物技术的发展及其在煤 炭的脱硫、絮凝和转化等方面的应用。认为生物技术与矿业 技术相结合，将为传统的矿业工程技术领域注入崭新活力， 必将促进矿业技术获得新的更快发展。 现代矿业生物技术是综合应用生物化学和工程学原理 来研究微生物与矿物之间发生的生化反应过程，从而改善微 生物在矿物加工等过程中作用的一门应用生物技术。 由于现代工业对矿物资源需求量的不断增大，迫使人们 不得不开采更低品位、细分散、难处理的矿物，而加工处理 成本的提高，要求人们不断研究和发展新技术，以便能更经 济地处理那些低品位的矿
3、物。与传统的矿物加工处理工艺相 比较，现代矿业生物技术具有相对简单、易操作、成本低、 能耗小等特点。更为重要的是，作为一种环境友好的技术， 矿业生物技术对空气、水体、土壤的污染很小，它是一种绿 色矿物资源高效利用新技术。关键词：矿业生物技术煤炭1现代生物技术导论第一章 现代矿业生物技术的发展及应用类型一、现代矿业生物技术的发展 最初，人们注意到利用矿山的酸性矿井水能从贫矿和废 矿堆中浸出铜，因此推断在矿井水中可能存在某种微生物。 1947年，库莫(Colmer)首次发现酸性矿井水中含有一种可以 将Fe2+氧化成Fe3+的细菌。1951年，泰堡(Temple)和海克 (Hinkle)从煤矿的酸性
4、矿井水首次分离出一种能氧化金属 硫化物的细菌，并将这种细菌命名为氧化亚铁硫杆菌。 试验表明，这种细菌对硫化矿物具有明显的氧化作用。 根据这一研究结果，美国的肯尼考特(Kennecott)铜矿公司 率先利用氧化亚铁硫杆菌进行了渗滤浸出硫化铜矿石的工 业性试验。不久这种新型的微生物浸矿工艺在该公司所属的 尤他(Utah)矿获得成功，并于1958年申请了这项技术的专 利，这是矿业生物技术发展历史中获得的第一项专利。20世 纪50年代，世界上首例利用微生物浸出铀矿石出现在葡萄 牙，1953年葡萄牙的“镭公司”进行了铀矿石的自然浸出试 验。由于受到当时科学技术水平的限制，他们没有认识到这 种铀矿石的浸出
5、并不是一个自然的过程，而实际上是一个有 氧化亚铁硫杆菌参与的微生物浸出过程。 世界上许多国家，如：南非、法国、澳大利亚等国家相 继开展了利用细菌浸出法从贫矿和废矿石中回收铜和铀的2现代生物技术导论研究。从20世纪70年代开始，矿业生物技术开始用于高碳、 高砷金矿石的氧化预处理研究，从而为难处理的金矿石的开 发利用开辟了一条新的途径。 现代矿业生物技术在发展过程中表现出几个显著特点： 矿业 3 4 5 对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 导读：(2)非硫化矿浸出。非硫化矿浸出主要是采用异养菌。通过产生具有螯合作用的有机酸(柠檬酸和草酸)或者其他胞外产物来浸出矿物。2、溶液中金属
6、的生物吸附与沉淀(1)利用有代谢活性细胞的胞内胞外金属累积。如酵母和脉孢菌可在细胞内积累铜，锈色嘉利翁菌和赫色纤发菌等可以氧化金属离子，并将氧化产物沉积在细菌细胞的 微生物种类不断增多；微生物作用的矿物种类也不断增 加；矿业生物技术应用研究领域日益扩大等。同时，现代矿 业生物技术在发展过程中存在如下主要问题：作为多学科交 叉领域，各学科相互之间缺少充分了解；缺乏跨学科的研究 人才；矿业生物技术本身存在一些不足等。 二、现代矿业生物技术的主要应用类型 1、微生物浸出 (1)硫化矿浸出。硫化矿的微生物浸出主要通过如下2个途径 进行： 一是直接通过微生物的酶解氧化， 即微生物直接氧化； 二是微生物代
7、谢产生的化学氧化剂的间接溶解作用，即微生 物间接氧化。 (2)非硫化矿浸出。非硫化矿浸出主要是采用异养菌。通过 产生具有螯合作用的有机酸(柠檬酸和草酸)或者其他胞外 产物来浸出矿物。 2、溶液中金属的生物吸附与沉淀 (1)利用有代谢活性细胞的胞内胞外金属累积。如酵母和脉 孢菌可在细胞内积累铜，锈色嘉利翁菌和赫色纤发菌等可以 氧化金属离子，并将氧化产物沉积在细菌细胞的侧柄、鞘膜3现代生物技术导论和荚膜上。同时，可利用有代谢活性的细菌(活菌)作为金属 离子的生物吸附剂。 (2)利用非代谢活性细胞富集的工艺。针对活菌存在的问题， 目前生物回收工艺较多采用死菌工艺来解决。其优点是易于 固定化，便于吸附
8、后的分离。美国AMT公司研制开发了一种 废水处理技术，该技术的关键是使用称为MRA的有机胶粒。 这种胶粒是用枯草芽孢杆菌采用化学方法制成的，MRA胶粒 可以直接从废水中富集金属，其最大特点是具有反复再生能 力。 (3)利用微生物提取的生物组分吸附金属离子。许多微生物 提取物都具有金属键合能力。例如，很多菌可以产生胞外多 糖，这种多糖由葡萄糖、半乳糖和丙酮酸等构成，具有很高 的金属键合活性。当将这种菌体的提取物加入到含重金属离 子的溶液中，搅拌到一定时间后其表面就吸附饱和了 金属离子。 3、 生物浮选 生物浮选是将微生物技术与传统浮选工艺相结合的选矿方 法。目前研究较多的有以下几个方面。 (1)
9、细菌改变矿物表面性质，如改变矿物表面润湿性等，增 加矿物之间可浮性的差别。 (2)微生物作为选矿药剂。利用微生物菌体或者其衍生物(如 细胞分裂物、细胞溶解物)作为矿物的捕收剂、调整剂和絮4现代生物技术导论凝剂等；如草分枝杆菌可以作为赤铁矿的捕收剂，还可以作 为磷矿、煤等的絮凝剂。氧化亚铁硫杆菌可以作为煤中黄铁 矿的浮选抑制剂等。 (3)用微生物及其代谢产物处理传统的浮选药剂。微生物具 有对有机物降解改性的作用。根据这一特性，一方面可用微 生物来改善常规浮选药剂的浮选性能，另一方面还可用微生 物来处理其他各类有机物，使它们具有选矿药剂的功效。研 究表明，有些由微生物脂肪、类脂得到的有机脂肪酸类捕
10、收 剂，经青霉处理后饱和脂肪酸变为不饱和脂肪酸，这种生物 转化提高了不饱和脂肪酸的含量，从而可以提高其 3 4 5 对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 导读： 捕收效 率。无机药剂也可以用微生物来处理，以提高其浮选效果， 例如， 在非硫化矿浮选中， 用胶质芽孢杆菌处理水玻璃溶液， 可以代替高价金属离子，达到提高抑制效果的目的。5现代生物技术导论第二章 现代矿业生物技术在煤炭加工中的应用一、煤炭微生物脱硫 1、煤炭脱硫方法的类型及特点 目前，煤炭脱硫方法有燃前脱硫、燃中固硫和燃后烟道 气脱硫。其中：煤炭燃前脱硫被认为是从源头上减少燃煤对 大气污染的重要措施。煤炭的燃前脱硫技术可
11、分为以下几 种。 (1)化学法。 通过氧化剂把硫氧化，或把硫置换而达到脱硫的目的。 其最大的优点是能脱除大部分无机硫，不受硫的晶体结构、 大小和分布的影响，同时能脱除相当部分的有机硫。缺点是 须在高温高压下进行，能耗高、费用大。 (2)物理法。 采用重选、磁选和浮选等传统选矿方法脱硫。优点是过 程比较简单，缺点是只能脱除无机硫，而不能脱除煤中的有 机硫，而且无机硫的晶体结构、大小和分布影响脱硫效果和 煤炭的回收率。 (3)生物法。 利用微生物能够选择性氧化有机硫或无机硫的特点，从 而去除煤中的硫。特点是能专一地脱除结构复杂、嵌布粒度6现代生物技术导论极细的无机硫(如黄铁矿硫)，同时又能脱除部分
12、有机硫。反 应条件温和、投资少、成本较低、环境污染小，是一种环 境友好的煤炭脱硫新技术。 2、煤炭微生物脱硫的方法 (1)生物浸出法。 微生物浸出法脱除煤中黄铁矿硫的过程，实质上是一个 生物氧化过程，在这个过程中微生物作为一种氧化催化剂， 通过转化不溶性无机物黄铁矿为可溶性形式，从而获得其生 长代谢所必需的能量。生物浸出法的研究历史比较长，技术 上较成熟，由于它将煤中的硫直接代谢转化，当选用合适的 微生物时，能同时处理煤中的无机硫和有机硫，理论上有很 大的应用价值。其缺点是处理时间比较长。 (2)生物表面氧化处理法。 即微生物表面预处理浮选脱硫法。微生物表面预处理浮 选法可以大大缩短微生物脱硫
13、的处理时间。试验表明，所采 用的脱硫菌对黄铁矿有很强的专一性，在很短的时间内能显 著地抑制黄铁矿的悬浮性。这种方法是通过将微生物加入到 煤泥水溶液中，由于微生物只附着在黄铁矿颗粒表面，使黄 铁矿的表面由疏水性变成亲水性。而与此同时，微生物却难 以附着在煤颗粒表面，而使煤粒仍保持其疏水性表面的特 点。在气泡的推动下，煤粒上浮而黄铁矿颗粒下沉，从而把 煤和黄铁矿分开。7现代生物技术导论(3)生物选择性絮凝法。 与微生物表面氧化浮选脱硫不同，微生物选择性絮凝脱 硫是利用本身疏水的细菌吸附于煤粒的表面，使煤粒形成稳 定的絮团，而这种细菌很少吸附在黄铁矿表面。其实质是利 用细菌对不同矿物絮凝能力的不同，
14、即选择性吸附能力的差 异，来实现煤与黄铁矿的分离。除了以上生物浸出、生物预 处理浮选及生物选择性絮凝脱硫方法 3 4 5 对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 导读： 外，目前还有一些正处 在实验室研究阶段的煤炭生物脱硫方法，如：细菌油团聚法 和生物非生物脱硫法等。 二、煤炭微生物絮凝 1、生物絮凝剂的特点 现代矿业生物技术的发展及在煤炭加工中的应用絮凝剂 是一类可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒(粒径10一7 103cm)凝聚、沉淀的物质。目前常用的絮凝剂主要有2类： 一类是无机絮凝剂，如铁盐、铝盐；另一类是有机高分子絮 凝剂。而有机高分子絮凝剂又分为天然高分子絮凝剂和人 工合
15、成高分子絮凝剂。 无机絮凝剂具有使用简单效果可靠的优点，缺点是处理 效率低、耗量大、有一定危害。人工合成高分子絮凝剂(聚 丙烯酰胺)的优点是用量少、絮凝快、适用广；缺点是聚丙 烯酰胺单体是强烈的神经毒剂有“致癌、致畸、致突变”(三 致)危害，水中的残留单体不易降解。天然高分子絮凝剂的8现代生物技术导论优点是无毒，能安全降解；缺点是絮凝剂活性较弱。 生物絮凝剂是一类由微生物产生的有絮凝活性的代谢 产物。从其看，属于天然有机高分子絮凝剂，因此具有 天然有机高分子絮凝剂的一切优点。 微生物絮凝剂有以下特点：生物絮凝剂的广、生产 周期短；絮凝速度快、效果好、絮凝剂沉淀易过滤；无毒， 可生物降解，不会造
16、成二次污染；絮凝对象广泛；絮凝效果 会受到有毒有害物质干扰。 自然界中具有絮凝性的微生物种类很多如协腹产碱杆 菌、红色诺卡氏菌、酱油曲霉、拟青霉属菌、棕曲霉、铜绿 假单胞菌、寄生曲霉、荧光假单胞菌、嗜虫短杆菌和粪便假 单胞菌等。 2、生物絮凝剂的发展趋势 目前，生物絮凝剂的研究还大多处于菌种的筛选阶段， 且存在成本较高的缺点，要达到大规模的工业化生产还需对 生物絮凝剂合成的条件、影响生物絮凝剂活性的因素等进行 深入研究。研究的重点和发展趋势：高产菌株、培养基及 培养条件研究；生物絮凝剂结构和理化性质的测定；微生物 絮凝机理的深入研究；利用基因工程技术提高生物絮凝剂性 能的研究；生物絮凝剂应用的
17、研究等。 3、煤炭微生物转化 （1）煤炭微生物转化特点9现代生物技术导论煤炭微生物转化是利用微生物来溶(降)解煤，使之转化 成易溶于水的物质，从中提取有特殊价值的化学品、制取清 洁燃料、工业添加剂及植物生长促进剂等。煤炭微生物转化 的特点：煤的生物处理可以在相对于热化学常规过程更温和 的条件下完成；微生物作为煤炭生物转化催化剂具有很强的 专一性。煤的生物处理将有利于特殊溶煤产物的生成，包括 具有更高价值的化工产品。 （2）溶煤微生物和可被微生物溶解的煤 据统计，可用于溶煤的微生物有上百种。主要有：细菌， 如：巨大芽孢秆菌、假单胞菌。放线菌，如：链霉菌。真菌， 如：云芝、假丝酵母、粉状侧孢菌、青
18、霉菌、拟青霉菌、茯 苓等。木质素结构与煤类似，所以可以选用能降解木质素的 微生物来进行微生物溶煤研究。例如，某些真菌是木 3 4 5 对于生物科学热点讲座结课论文生物热点专题讲座结课论文 导读： 质素 降解的促进剂，如云芝、茯苓等细菌，这使它们具有降解低 阶煤的能力。此外，煤中有芳环结构，故可选用能降解芳环 的细菌，如利用假单胞菌属来进行溶煤研究。 各地区的煤质不同，可被微生物溶解的煤的种类很多， 其中包括：风化煤和未风化的各种褐煤、次烟煤、烟煤等。 其中对低阶煤(如褐煤)的研究最多，由于其煤化度低，煤分 子中的侧链及桥键较多，活性官能团含量较高，最易被微生 物作用。 煤的微生物溶鼹程度与煤的
19、氧化程度关系极大。煤的氧10现代生物技术导论化程度被作为煤种筛选的一个重要因素来考虑；而提高煤氧 化程度的方法很多，如硝酸氧化法、热空气氧化法等。 （3）微生物溶煤产物的分析和应用 生物溶煤产物的分析是利用现代煤化学和生物学的分 离技术和分析手段进行的有关产物组成、结构和性质的分 析。它是溶煤产物的应用基础，也是溶煤机理的研究基础。 常规应用的是工业分析、元素分析、红外光谱、核磁共振波 谱、质谱分析等。 煤经溶煤微生物作用后转化为一种水溶性的液态产物。 产物中含有多种官能团，具有较大的工、农、牧、医等方面 的应用潜力。例如：被木质素真菌所溶解的煤物质，可以像 聚合木质素那样在工业上用于抗氧剂表
20、面活性剂。 农业上生物溶煤产物用作土壤调节剂，能增加土壤的肥 力和活性，改善植物根的吸收作用，对玉米、小麦等农作物 的生长有明显的促进作用。目前，微生物溶煤技术在低阶煤 选矿、低阶煤的特殊低分子量有机物的转化等方面都有研 究。生物溶煤产物还可再经厌氧菌作用，产生甲烷、甲醇、 乙醇等低分子量物质，可以作为燃料。 煤炭微生物转化的发展趋势表现在以下2个方面：首先 是溶煤菌种方面，要寻找到效果特别显著且适应广泛的廉价 菌种；其次在微生物溶煤产物的利用方面，要重点开发溶煤 新产品和拓展溶煤产物的新用途。11现代生物技术导论参 考 文 献1、魏德洲资源微生物技术北京：冶金工业出版社 2、张鸿波等当前我国煤炭脱硫方法的应用国外金属矿 选矿 3、康淑云微生物脱硫技术进展中国煤炭， 4、童雄微生物浸矿的理论与实践北京：冶金工业出版 社 5、索马桑德兰矿物加工中的生物药剂的应用国外金属矿 选矿 6、邓述波等微生物絮凝剂的研究和应用国外金属矿选 矿 7、杨慧芬等微生物选矿药剂的应用现状及发展方向综合 利用 8、张景来等环境生物技术及应用 北京：化学工业出版社 9、郑怀礼等生物絮凝剂与絮凝技术 北京：化学工业出版 社 10、袁红莉等煤的微生物液化微生物学通报 11、阳卫军等煤的微生物转化现代化工 12、董丽辉等微生物对煤的溶解研究进展煤炭转化12 3 4 5