生物固定CO2代谢途径及关键酶的研究进展

近年来温室气体特别是CO2的排放造成的环境恶化引起了极大关注.生物固定CO2是降低碳排放的策略之一.文章综述了生物固定CO2的研究进展,CO2固定的主要代谢途径和关键酶.对基于理性设计和细胞网络重构实现高效利用CO2的可行性进行了讨论.     

固定化甲烷八叠球菌处理豆制品废水研究

利用实验室规模的两步厌氧消化器，以厌氧絮状污泥及固定化甲烷八叠球菌对酸化反应器接种，用厌氧颗粒污泥对甲烷化反应器接种处理豆制品废水，试图阐明固定化甲烷八叠球菌在此工艺运转中的作用．反应器的平均水滞留期为１１１ｈ，最短水滞留期达到了３５ｈ．反应器的最高产气率达１５７Ｌ／（Ｌ·ｄ），平均产气率为７５Ｌ／（Ｌ·ｄ）．运转期间所产气体的平均甲烷含量为７０２％．在低有机物负荷下，固定化甲烷八叠球菌发挥着很大作用，有较低的出水ＣＯＤ和较高的甲烷含量，但在较高有机物负荷下，与对照无明显差别．其原因是在高有机物负荷和短水滞留期运转条件下，固定化甲烷八叠球菌活性受到抑制．     

微通道反应器内CO的选择性甲烷化净化

为了有效去除富氢重整气体中少量的CO,将4Ni-2Ru/ZrO_2双金属催化剂均匀涂布到微通道反应器中,运用CO选择性甲烷化方法来净化CO.考察了焙烧温度、催化剂的涂布方法、CTAB/Zr摩尔比和空速对催化剂性能的影响.实验结果表明:CTAB/Zr的摩尔比为0.35、空速为14286h~(-1)、每次涂布催化剂浆液后350℃下焙烧时,所制备的催化剂表现出良好的低温活性,反应温度为260℃时可将CO的出口含量降低到0.0013%(体积分数);CTAB/Zr摩尔比为0.35、每次涂布浆液后350℃下焙烧的催化剂,适宜的空速范围为13000～20000h~(-1).     

435663CH4笼型结构中甲烷溢出的理论研究

通过旋转和平移两种操作方式改变435663CH4笼型结构中四元环、五元环、六元环的相对位置,对435663CH4笼型结构的破坏过程以及甲烷溢出的可能性进行了密度泛函(DFT)理论研究,并计算了甲烷溢出笼型结构过程中所需的能垒值。结果表明:与改变五元环、六元环相对位置相比,通过改变四元环相对位置来破坏435663CH4笼型结构是最容易的;当四元环背离笼型结构平移0.30 nm时,甲烷可以顺利溢出笼型结构;当四元环背离笼型结构平移0.25 nm时,再通过旋转来改变四元环相对位置,可以有效降低甲烷溢出笼型结构所需的能垒。     

O2/CO2气氛下CH4火焰温度特性的实验研究

对O2/CO2燃烧方式下反应器内CH4火焰的温度特性进行了研究，结果表明：在还原性气氛下，初始CO2浓度的升高对CH4火焰高温区的影响是消极的，在完全燃烧和氧化性气氛下，初始CO2浓度的存在对CH4火焰温度分布的影响则比较复杂，存在一个初始CO2浓度临界点，在此临界点前后，CO2浓度对CH4火焰的温度水平分别有着不同的影响；同时在高浓度的CO2气氛下，整个火焰的温度分布趋于平均化。     

动性球菌代谢变压器绝缘油及其代谢产物对绝缘油介损的影响

对动性球菌代谢变压器绝缘油进行了研究, 发现动性球菌能够代谢绝缘油 , 利用薄层层析、 液-质联机等技术从变压器绝缘油的动性球菌代谢物中分离得到一种脂 肪酸, 用质谱、 核磁共振对其结构表征. 同时研究了动性球菌代谢绝缘油的产物对绝缘 油介损的影响.     

甲烷八叠球菌(Methanosarcina sp.)若干特性的研究

利用甲醇、H_2 CO_2或乙酸盐作为碳源和能源,从池塘的沉积物取样,经过反复的富集和分离,得到了甲烷八叠球菌的纯培养物。该菌在H_2 CO_2或甲醇上生长最快,1～2周出现菌落而在乙酸盐上3～4周出现菌落。菌落直径通常为1～2mm,在培养基的深层为不规则的多角形,表面菌落为圆形。菌落颜色为白至黄色。特殊的假八叠形使之很容易鉴定到属的水平。甲烷八叠球菌在液体培养基或固体培养基中均产生甲烷。酵母膏对该菌的生长具有很大的刺激作用。在420 nm处该菌产生荧光。     

甲烷八叠球菌(Methanosarcinasp)若干特性的研究

利用甲醇、H_2+CO_2或乙酸盐作为碳源和能源,从池塘的沉积物取样,经过反复的富集和分离,得到了甲烷八叠球菌的纯培养物。该菌在H_2+CO_2或甲醇上生长最快,1～2周出现菌落而在乙酸盐上3～4周出现菌落。菌落直径通常为1～2mm,在培养基的深层为不规则的多角形,表面菌落为圆形。菌落颜色为白至黄色。特殊的假八叠形使之很容易鉴定到属的水平。甲烷八叠球菌在液体培养基或固体培养基中均产生甲烷。酵母膏对该菌的生长具有很大的刺激作用。在420nm处该菌产生荧光。     

聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺平板复合膜CO2/CH4的研究

利用聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺（PDMS/PEI）非对称平板复合膜,以CO2/CH4混合体系作为研究对象,考察了原料气组成、原料气压力、渗余相流量、温度对分离过程的影响。结果表明：随着原料气中CH4组成的提高,CO2渗透速率下降,分离因子先升高,但在CH4体积分数大于0.5时,分离因子开始下降;随着原料气压力的提高,CO2的渗透速率和分离因子均为下降趋势;在不同压力和温度下,随着渗余相流量的增大,CO2渗透速率基本维持稳定,分离因子略有上升,其中在低压或者低温下,CO2分离因子变化不大,在高压或者高温下,CO2分离因子上升明显。     

CH4-CO2的高温半焦重整反应实验

以自制的半焦作为催化剂,研究了在小型的固定床中CH4和CO2的高温重整.实验表明,CH4,CO2在不同的催化剂和不同的温度下有不同的转化率,而且温度越高,CH4,CO2的转化率越高.在采用自制半焦制得的催化剂、温度为900℃且无N2作为平衡气的情况下,CO2和CH4的转化率分别为69.1%,28.9%,在1 050℃时,有N2其转化率则高达95.2%,91.2%.若没有催化剂存在,CO2和CH4转化率明显低于有催化剂存在的情况,如在1 000℃时,有催化剂下CO2和CH4的转化率分别为93.5%,76.6%,无催化剂时,转化率仅为32.0%,11.9%;加入适量的N2,可有效提高CH4的转化率.本实验证明了自制半焦催化剂能满足CH4-CO2高温重整反应的需要.     

CO2和CH4二元混合气体对页岩 渗透特性的影响

针对CO_2强化页岩气开采新技术中CO_2-CH_4二元混合气体在页岩层中的渗透特性变化的问题,选取四川盆地下志留统龙马溪组页岩试样,基于自主研发的"三轴渗流实验系统",开展不同配比的CO_2-CH_4二元混合气体在2类地应力条件下的渗流试验.试验结果表明:保持二元气体混合比例恒定,页岩渗透率随气体压力的增加而减小;保持气体压力恒定,页岩的渗透率随二元气体混合比例的改变而变化,纯CO_2时渗透率最低,纯CH_4最大,在混合气中CH_4浓度越低,页岩渗透率越低;在注气过程中,气体加压和卸压引起页岩喉道、孔隙产生塑性变形和吸附滞后,造成页岩渗透率的滞后.     

Study of CH4 and CO oxidation from electrochemical method

THE TWO FACTORS USED FOR EVALUATING THE QUALITY OF CATALYST ARE I) THE AMOUNT OF ACTIVE SITE PARTICIPATING IN THE REACTION, I.E. THE AREA OF REDOX PEAKS; AND II) THE REGENERATION FREQUENCY OF ACTIVE SITE IN THE REACTION, I.E. THE MATCH OF REDOX POTENTIALS. THE CONTRIBUTION OF EACH FACTOR HAS ITS OWN STRONG POINT IN DIFFERENT REACTIONS, WHILE CYCLIC VOLTAMMETRY (CV) IS A SUITA…     

CO2/CH4在干酪根中竞争吸附的分子模拟

干酪根对甲烷和二氧化碳的吸附行为对页岩气的开采有着重要的意义。根据有机质结构特点,构建三维干酪根模型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法和分子动力学方法(MD)研究CH_4和CO_2的气体竞争吸附行为。结果表明:1 CH_4和CO_2单组分吸附时吸附量随着压力的增大会增大,CO_2吸附会在较小的压力达到饱和。两种气体吸附符合Langmuir吸附规律,可以使用Langmuir方程进行拟合;2 CO_2和CH_4在干酪根中的吸附热均随着各自的吸附量先减小后在增大;3在相同的压力下,吸附选择性随着温度的升高而减小。在同一温度下,低压阶段,吸附选择性随着压力的升高而减小。由选择性数值看出,CO_2更易被干酪根吸附。     

碳纳米管促进Cu-基高效甲醇合成催化剂

用自行制备的碳纳米管（CNTs）作为促进剂，研制出一类高效甲醇合成催化剂CuiZnjAlk-Ox-wt%CNTs，评价它们对CO／CO加氢成甲醇的催化活性，并与非CNTs促进的相应体系作对比研究。实现发现，碳纳米管能显著地促进甲醇合成反应活性的提高。在493K，5．0MPa,H2/CO/CO2/N2=62/30/5/3(V/V),GHSV=8000h^-1的反应条件下, Cu6Zn3Al1-Ox-12.5wt%CNTs催化剂上，甲醇的时空产率达1064mgh^-1(g-catal)^-1；产物中甲醇的选择性达98％以上；而在相同的制备和反应条件下、在非促进相应催化剂Cu6Zn3Al1-Ox上，甲醇的时空产率只达729mgh^-1（g-catal)-1.H2-TDP观测揭示，常压下在CNTs材料、以及CNTs促进催化剂CuiZnjAlk-Ox-wt%CNTs上，可以吸附存储着数量相当可观、在423－573K温度范围处于可逆吸、脱附的吸附氢物种。这一特性将有助于在甲醇合成反应条件下，营造较高氢稳态的表面氛围，以有利于提高表面加氢反应的速率；与此同时，很可能由于加氢活性的提高，使得碳纳米管促进催化剂上甲醇合成反应所需温度比非促进的相应体系下降15－25K，这在相当大程度上将有利于提高CO的平衡转化率和甲醇合的平衡产率。本文结果表明，碳纳米管对H2优异的吸附、活化及存储性能对于促进其所改进催化剂上甲醇合成反应活性的显著提高，起着关键作用。     

幔源二氧化碳和甲烷成藏的现实性与可能性

根据作者的研究成果并结合国内外有关资料，综合评述了幔源二氧化碳和甲烷成藏的现实性与可能性。研究表明，幔源二氧化碳成藏是现实的，可以实现有经济意义的开发；且幔源甲烷亦具有成藏的可能性和巨大的经济开发潜力，今后应加强这方面的研究工作。     

页岩纳米孔内超临界CO2、CH4传输行为实验研究

了解超临界CO₂、CH₄在页岩纳米孔内传输行为,是研究页岩储层超临界CO₂注入能力、注入后时空分布以及提高页岩气藏采收率的基础。选用渗透率小于100 nD的龙马溪组富有机质页岩基块岩样,利用岩芯流动实验装置,通过监测岩芯入/出口端气体压力与混合气体（CO₂、CH₄）浓度变化,对比了页岩纳米孔内超临界CO₂、CH₄传输能力,分析了传输能力差异的原因。结果表明：页岩纳米孔内超临界CO₂压力传递速率明显小于CH₄,实验结束后岩样入口端二元混合气体组分中CH₄百分含量显著降低,证实页岩纳米孔内超临界CO₂传输能力显著低于CH₄,主要原因是超临界CO₂吸附能力更强、扩散-渗流能力更小以及超高密度特性表现出的非混相、活塞式驱替行为。基于以上认识,选择某些压裂段注入超临界CO₂,而其他压裂段作为生产段,比单井"吞吐"方式（即注入-焖井-开井生产）更有利于驱替置换页岩纳米孔内游离态甲烷。     

稠油CO2混相体系性质研究

针对CO2在稠油开采过程中所起的作用,在室内对稠油CO2混相体系性质进行了研究。结果表明,在相同的温度下,随着压力的增高,原油对CO2的溶解度增大;同样压力的情况下,温度越高CO2的溶解度减小;CO2在油水系统油中所溶解的比例,随温度、压力的升高而减小,随含水量增加而下降;在温度一定的条件下,原油的黏度降低幅度随着压力增加、CO2溶解度增大而增大。     

Effect of elevated CO2 on CH4 emission

Global CH₄ emission may increase under CO₂ enrichment condition, which is projected for the future. CO₂ enrichment could affect CH₄ emission in two ways: (i) Photosynthesis of plants that also include plants in rice paddies and natural wetlands will be stimulated under CO₂ enrichment condition. CH₄ emission rate may be increased due to the accumulation of more plant biomass, root exudes and soil organic matters. (ii) Combined with other global warming forces, CO₂ enrichment may bring a change of atmospheric temperature and precipitation around the world. CH₄ emission will also be changed with the variation of the area and distribution of rice paddies and natural wetlands.     

等离子体辅助下二氧化碳向一氧化碳的转化

为了实现二氧化碳向一氧化碳的转化,在等离子体辅助下利用这个装置进行了二氧化碳、煤和水蒸气的共处理研究．研究了磁场电流、二氧化碳流量和电弧的输入功率对气体产量的影响,同时,用可见发射光谱对电弧等离子体进行实时诊断．结果表明,H2和CO的产量随着电弧输入功率和二氧化碳流量的增大而增加,同时,H2,CO,CO2和O2的产量随着磁场电流的增大出现一个最大值．在气体产物中,H2和CO的体积百分含量介于83．0%～86．0％之间,而CO2的体积百分含量低于4．0％,与此同时,随着实验参数的变化,CO2的转化率介于78．9％～88．6％之间．对可见发射光谱的分析表明,H2或者CO的产量随着CH自由基或者CCO^＋离子峰强度的增大而增加．由此可见,H2和CO是通过CCO^＋离子和CH自由基这些中间体生成的．