除了燃烧之外,还有什么方法可以把煤和石油变成二氧化碳?
1.生物降解是指生物催化作用下复杂化合物的分解过程。在石油降解过程中,微生物首先通过自身代谢产生分解代谢酶来裂解重烃和原油,降低石油的粘度。此外,在它们生长繁殖的过程中,可以产生溶剂、酸、气体、表面活性剂、生物聚合物等有利于驱油的有效化合物,然后被其他微生物进一步氧化分解成小分子,达到降解的目的。
2.海洋中最重要的降解细菌属于无色杆菌、不动杆菌、产碱杆菌、节杆菌、芽孢杆菌、黄杆菌、棒状杆菌、微杆菌、微球菌、假单胞菌、放线菌和诺卡氏菌。在大多数海洋环境中,这些细菌是主要的降解细菌。真菌中,金色担子菌、假丝酵母、红酵母和丝孢酵母是最常见的海洋石油烃降解菌。一些丝状真菌如曲霉属、毛霉属、镰孢属和青霉属也应归为海洋降解菌。除了上面提到的细菌,土壤中主要的降解细菌还包括分枝杆菌和大量丝状真菌。一些曲霉属和青霉属物种在海洋和土壤环境中都有分布。木霉属和被孢霉属的一些物种是土壤降解细菌。
3.控制石油污染的关键是降解碳氢化合物。根据碳氢化合物的化学结构特征,碳氢化合物的降解途径主要分为两部分:链状碳氢化合物的降解途径和芳香族碳氢化合物的降解途径。直链烷烃的降解模式主要有三种:末端氧化、亚末端氧化和ω氧化。此外,烷烃在脱氢酶的作用下有时可以形成烯烃,然后在双键处形成醇,进一步代谢。关于芳烃的降解途径,首先是在有氧条件下转化为邻苯二酚或其衍生物,然后进一步降解。因此,细菌和真菌降解的关键步骤是氧化酶氧化底物的过程,需要分子氧的参与。
具体机理如下:
1.在正构烷烃氧化酶的作用下,正构烷烃首先转化为羧酸,然后被β-氧化深度降解,生成两个碳单元的短链脂肪酸和乙酰辅酶a,并释放出CO2。正构烷烃氧化酶是一种双加氧酶,可以催化正构烷烃转化为正构烷烃的氢过氧化物。该反应需要O2,但不需要NAD(P) H。烷烃也可以先转化为酮类,但不是主要的代谢方式。多支链烯烃主要转化为二元羧酸然后降解,甲基会影响水解。化学式如下:
2.环烷烃的降解需要两种氧化酶的协同氧化。一个氧化酶先将其氧化成环醇,然后脱氢形成环酮,另一个氧化酶再次氧化环酮,环断裂后深度降解。化学式如下:
3.芳烃一般被烷基化形成二醇,环被断裂,邻苯二酚再降解成三羧酸环的中间产物。真菌和微生物都能氧化从苯到苯并蒽的芳香底物。起初,细菌通过双加氧酶的催化作用,将分子氧的两个氧原子结合到底物中,从而将芳烃氧化成顺式构型的二氢二酚。顺式-2-二氢二酚进一步氧化成邻苯二酚,邻苯二酚在另一种催化芳环裂解的双加氧酶的作用下进一步氧化裂解。与细菌相反,真菌在单加氧酶和环状水解酶的催化下将芳香烃氧化成反式-2-二氢二酚。(下面以降解萘为例)真菌将石油烃降解为反式二醇,而细菌几乎都将其降解为顺式二醇(很多反式二醇是潜在致癌物,而顺式二醇没有毒性)。化学式如下:
下表对其进行了简要总结:
各种碳氢化合物的特定降解过程和产物
正构烷烃正构烷烃→羧酸→两个碳单元的短链脂肪酸+乙酰辅酶A+CO2。
烯烃烯烃→二羧酸
环烷烃环烷烃→环醇→环酮
芳香烃→二醇→邻苯二酚→三羧酸环中间产物
由上可知,微生物对某些难降解化学品的降解是通过一系列氧化酶的催化作用来完成的。在自然界中,这个过程通常是由各种微生物的协同作用完成的,速度相对较慢。为了扩大微生物降解底物的范围,提高降解效率,彻底矿化这些难降解的化学物质,利用自然降解颗粒的转移,构建新的功能菌株应该是可能的。可降解颗粒是指一类编码某些化学代谢途径的质粒。例如,为了消除海上溢油污染,美国Chakraany等人将假单胞菌不同菌株中的CAM、OCT、XAL和Nah四种降解颗粒组合转移到一个菌株中,构建了能够同时降解芳烃、多环芳烃、萜类烃和脂肪烃的“多质粒超级细菌”。这种细菌可以将天然细菌需要一年多才能清除的浮油缩短到几个小时。
4.在自然环境中,微生物降解石油烃的能力和速度与其所处的环境密切相关。
1,液态石油碳氢化合物在水中会形成一个水油界面,微生物在这个水油界面上降解碳氢化合物,降解速度与水油界面的面积密切相关。正是乳化剂能产生生物乳化剂,增加水油界面面积,促进微生物对烃类的降解。
2.石油烃的微生物降解可以在很大的温度范围内发生,降解石油烃的微生物存在于0℃ ~ 70℃的环境中。大多数微生物在常温下容易降解石油烃,而一些对微生物有毒性的低分子量石油烃在低温下很难挥发,会在一定程度上抑制石油烃的降解,所以石油烃在低温下很难降解。
3.大多数石油烃在有氧条件下降解,因为许多烃的降解需要加氧酶和分子氧。然而,一些碳氢化合物可以在厌氧条件下降解。
4.氮源和磷源往往成为微生物降解烃类的限制因素。在天然水中,也是限制添加水溶性氮磷源来促进石油烃的降解,因为有限的氮磷源在水中被高倍稀释,难以支持微生物的生长。
5.石油烃的微生物降解一般在中性pH,极端pH环境不利于微生物生长。
其效率和质量也取决于石油碳氢化合物的数量、类型和状态。例如,Chaineau等人利用微生物处理被石油碳氢化合物污染的土壤。270天后,发现75%的原油被降解。饱和烃中,正构烷烃和支链烷烃在16 d内几乎完全降解;22%的环烷烃没有被降解;71%的芳烃被同化;占原油总重量10%的沥青质被完全保留。一般来说,各种石油烃被微生物降解的相对能力如下:饱和烃>;芳香烃>树胶和沥青。饱和烃中,直链烷烃最容易降解;在芳烃中,双环和三环化合物容易被降解,而含有五个或更多环的芳烃很难被微生物降解。胶质和沥青极难被微生物降解。
结论:虽然微生物可以降解石油,但短时间内还没有完全降解石油的有效方法,因此微生物降解石油的研究还有很长的路要走。但随着现代微生物学和基因组计划的进一步发展,更多微生物物种的发现和生物技术的应用,石油污染问题将得到更有效的解决!
参考资料:陈文新主编的《土壤和环境微生物学》。
田雷等微生物降解有机污染物的研究进展。
污染物的生物降解朱怀兰,张彤,金志刚
从受石油污染的土壤和水体中富集分离出12株高效石油降解菌,单个菌株的降油率为40.3% ~ 57.6%,其中O-8-3、O-28-2和O-46菌株能耐受40℃的温度和1.5%的盐度。这三个菌株是假单胞菌属。,芽孢杆菌属。和不动杆菌属。与单一菌株O-8-3相比,混合菌株O-8-3/O-28-2/O-46的石油降解率可提高20.1。实验室接种O-8-3/O-28-2/O-46混合菌株处理胜利油田采油废水的实验结果表明,72 h内石油污染物的降解率达到96.9%,比接种自然菌群提高了60.7%。
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可以参考以下地址。
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/NSFC/cen/00/kxb/dq/yjjz/03 _ d02 _李广河. htm
/wf/~ kjqk/hjkx/hjkx 2004/0405 pdf/040529 . pdf