甲烷利用克雷伯氏菌ME17菌株培养参数优化研究

利用响应面分析法对克雷伯氏菌菌株ME17的液体培养条件进行了优化,研究了温度、接种量、甲烷含量和培养基pH对菌株ME17生长的影响.在单因素实验的基础上,利用Box-Benhnken设计和响应面分析法对培养温度、接种量和甲烷含量进行分析,得到最佳培养条件为:pH 6.0,培养温度24.4℃,接种量6.7%,甲烷含量25%.在优化培养条件下,细菌生物量约是初始培养条件下的1.7倍,延滞期缩短45 h.该菌株初步应用于甲烷气体的脱除,脱除率达84.7%,表明该菌株在优化培养条件下能良好地脱除空气中的甲烷气体.     

甲烷氧化菌的分离鉴定及其发酵条件优化

甲烷氧化菌是一类能以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的细菌。本研究从污泥中分离、筛选获得一株甲烷氧化菌MO-01,根据该菌株的形态学、生理生化试验和16S r DNA序列同源性分析,证实该菌株与Methylobacterium zatmanii菌株有99%的同源性,属于Methylobacterium属。甲烷氧化菌MO-01的实验室培养条件筛选、研究表明,该菌株以甲烷为碳源,最佳培养温度是37℃,最适PH值为7.0,铜离子浓度为30 umol/L。本研究为今后甲烷氧化菌的放大发酵培养和动物源性单细胞蛋白的生产奠定了科学基础。     

一株产甲烷菌的生物学特性及系统发育分析的研究

采用严格的亨盖特(hungate)厌养技术,从青海湖鸭湖西端沉积物中富集分离得到MQ-4菌株.MQ-4菌株为革兰氏阴性菌、不运动、球状、直径1μm左右.菌落圆形,从无色透明到黄色.该菌能利用甲酸钠及H2/CO2产甲烷.最适生长温度35~40℃,最适pH 7.0,最适盐浓度4%.对MQ-4菌株进行16S rDNA的PCR扩增,测序并对序列进行分析,构建系统发育树,表明菌株MQ-4属于甲烷袋状菌属.     

甲烷氧化菌对煤吸附甲烷的氧化特性

在煤样中加入甲烷氧化菌AEM1235菌悬液,充入CH4或CH4与O2的混合气体进行等温吸附实验以测定甲烷氧化菌对CH4的氧化能力.在两种充气条件下的吸附与脱吸附实验结果均显示出气体中CH4量显著减少和CO2增加的变化.在充气5.0 MPa、添加菌液量为18.75%条件下,充CH4气体、CH4与O2的混合气体时的CH4减少量分别可达其饱和吸附量的121.18%和244.39%,表明在高压、缺氧或充氧的条件下甲烷氧化菌对煤样中吸附的CH4均具有吸收和氧化的作用,这种作用随菌量增加或压力升高而加强,并且有O2存在可以促进甲烷氧化细菌对CH4的吸收和利用.该结果表明在地下煤层的高压和缺氧的条件下甲烷氧化细菌仍然具有较强的吸收和氧化煤层中结合态CH4的能力.     

珠江口海岸带沉积物甲烷相关古菌群落结构及多样性研究

用构建克隆文库的方法对珠江口沉积物中4个层位的甲烷相关古菌群落多样性特征进行研究.结果表明甲烷相关古菌群落结构主要可以分为3类,分别为Methanosaeta,Methanomicrobiales和Methanosarcinales/ANME,且其组成随沉积物深度的改变发生规律变化.Methanosaeta和Methanomicrobiales是属于乙酸和H2/CO2利用型甲烷产生菌,在克隆文库中的含量随沉积物深度的增加而减少;Methanosarcinales/ANME主要由甲烷氧化菌和甲基利用型甲烷产生菌组成,在克隆文库中的含量随沉积物深度的增加而增加.甲烷相关古菌群落结构的变化规律说明,在SMTZ区域及以上,甲烷产生以H2/CO2和乙酸型为主;在SMTZ区域以下,以甲基利用型为主;在SMTZ区域,主要是甲烷氧化过程,由古菌类群ANME-2a负责.     

降解甲烷微生物的生物学特性研究

瓦斯是煤矿安全生产的最大隐患,利用微生物技术治理煤矿瓦斯的研究是目前国内外学者研究的热点.从垃圾填埋场的湿土中成功筛选出一种能降解甲烷的菌株,应用形态学观察及16S rDNA序列的同源性分析对该菌种进行了鉴定,同时研究了其培养条件及降解甲烷的性能.结果表明:该菌种属萎缩芽孢杆菌属( Bacillus atrophaeus),其最佳生长温度为32℃,pH值为6.5,氧气与甲烷体积比为2∶3,在此条件下48 h内甲烷降解率接近50％.     

基于PIC单片机的矿用甲烷传感器的设计

针对传统的甲烷传感器测量精度低、稳定性差、缺乏智能性等问题，介绍了一种智能甲烷传感器的设计方案。该传感器采用多个甲烷气敏元件，以PIC16F877单片机为控制核心，采用C语言进行程序设计。通过单片机控制甲烷传感器，实现对井下甲烷浓度实时采集、处理，并当所测甲烷浓度超过设定的报警上、下限时自动报警，使矿工能够及时脱离危险，是煤矿传感器设计的首选器件。     

一株甲烷氧化杆菌的分离及及其功能的初步研究

采用Ｍｕｎｚ培养基,由河底淤泥等土样中分离以烷为唯一碳源的细菌,对其中一株杆菌经透射电镜观察及生理学鉴定,认为该菌为甲基单胞基属甲烷氧化杆菌。该菌粗蛋白质量分数为２２．５％以上。下一步将对该菌的实际应用作深入研究。     

一株甲烷氧化杆菌的分离及其功能的初步研究

采用Ｍｕｎｚ培养基,由河底淤泥等土样中分离以甲烷为唯一碳源的细菌。对其中一株杆菌经透射电镜观察及生理学鉴定,认为该菌为甲基单胞菌属（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ）甲烷氧化杆菌。该菌能将乙烯氧化产生环氧乙烷,能在质量分数为０１％苯酚、对苯二酚和体积分数为０１％苯的培养液中增殖并发生降解或氧化反应。该菌粗蛋白质量分数为２２５％以上。下一步将对该菌的实际应用作深入研究     

甲基单胞菌Methylomonas sp.GYJ3的生长特性及产甲烷单加氧酶特性

研究了甲基单胞菌 Methylomonas sp.GYJ3发酵培养过程中生长特征和产酶特征 ,结果表明该菌株在生长过程中产酸 ,通过控制发酵过程中 p H可提高细胞的生长密度 ,其生长周期较摇床发酵短 .细胞中甲烷单加氧酶产生于细胞的对数生长期 ,在 70 h以后甲烷单加氧酶活性不再增加 ,最高活性为 3.97nmol环氧丙烷 / min· mg干细胞 .同时研究了细菌生长过程中甲烷的利用 ,结果表明每克甲烷的消耗可产生 0 .69g细胞干重 .考察了 Cu2 +浓度对细胞产生可溶性甲烷单加氧酶和颗粒性甲烷单加氧酶的影响 .并由此建立了 GYJ3菌的连续发酵动力学模型 .     

Detection and classification of atmospheric methane oxidizing bacteria in soil

Well-drained non-agricultural soils mediate the oxidation of methane directly from the atmosphere, contributing 5 to 10% towards the global methane sink. Studies of methane oxidation kinetics in soil infer the activity of two methanotrophic populations: one that is only active at high methane concentrations (low affinity) and another that tolerates atmospheric levels of methane (high affinity). The activity of the latter has not been demonstrated by cultured laboratory strains of methanotrophs, leaving the microbiology of methane oxidation at atmospheric concentrations unclear. Here we describe a new pulse-chase experiment using long-term enrichment with 12CH4 followed by short-term exposure to 13CH4 to isotopically label methanotrophs in a soil from a temperate forest. Analysis of labelled phospholipid fatty acids (PLFAs) provided unambiguous evidence of methane assimilation at true atmospheric concentrations (1.8-3.6 p.p.m.v.). High proportions of 13C-labelled C18 fatty acids and the co-occurrence of a labelled, branched C17 fatty acid indicated that a new methanotroph, similar at the PLFA level to known type II methanotrophs, was the predominant soil micro-organism responsible for atmospheric methane oxidation.     

生物炭改性填埋场覆盖粉土的甲烷氧化能力试验研究

试验采用一种填埋场覆盖粉土作为土料,分别以木屑和水稻秸秆为原料热解的生物炭作为土料的改良剂,通过30天的甲烷氧化培养瓶试验研究了粉土以及两种不同生物炭改性土的甲烷氧化能力,同时研究了土样含水率对其甲烷氧化能力的影响。试验结果表明：两种生物炭均能提高粉土的甲烷氧化能力2.5倍左右。试验中所有土样在含水率在10%时几乎没有甲烷氧化能力,粉土以及两种生物炭改性土的甲烷氧化适宜含水率范围也各不相同,掺入生物炭能够增大粉土的甲烷氧化适宜含水率范围;本文运用击实曲线估计了试验中土样的水气双开敞(即水气都连通)条件的含水率范围,其结果表明：土样的水气双开敞条件含水率界限差值越大,土样的甲烷氧化适宜含水率界限差值也越大。掺入生物炭增大了粉土土样的水气双开敞条件的含水率范围,因此增大了其甲烷氧化适宜含水率范围。     

极低浓度甲烷高温氧化宏观参量数值模拟

为了研究极低浓度甲烷的高温氧化特性,通过CHEMKIN模拟软件对甲烷浓度为0.5%、1%、2%、3%、4%的5种极低浓度甲烷气体高温氧化反应进行数值模拟,着重分析高温氧化后压力、温度以及反应物和生成物的变化规律.模拟结果表明,极低浓度甲烷高温氧化过程中,甲烷的体积分数急剧下降;生成的一氧化碳体积分数先急剧上升,然后迅速降低至零.二氧化碳体积分数、温度及压力均急剧上升,然后趋于稳定;且甲烷混合气体高温氧化后二氧化碳体积分数、温度及压力最终值与一氧化碳体积分数的最大值均随着甲烷体积分数的增大而逐渐增大.     

土壤因素对填埋场终场覆盖层甲烷氧化的影响

以填埋场三种不同性质的终场覆土为对象,考察了其各自的甲烷氧化速率,并采用其中氧化速率最大的土壤进行柱培养,进而通过对出柱土样进行含水率与氨氮投加量的双因素正交实验,考察它们对土壤甲烷氧化能力的影响.实验结果表明：不同土壤的甲烷氧化能力存在显著差异,这与土壤的理化性质及其覆盖龄有关;氨氮的投加对甲烷氧化的抑制作用并不明显;低含水率（5%）下土壤的甲烷氧化几乎停止,而甲烷氧化最适含水率为15%;含水率相对氨氮而言,是影响填埋场覆土甲烷氧化的主要因素.     

Zero-difference and single-difference precise orbit determination for LEO using GPS

Various methods for precise orbit determination (POD) of low earth orbiters (LEO) are briefly intro-duced in this paper. Based on the software named SHORD-Ⅲ developed by our institute,sin-gle-difference (SD) and zero-difference (ZD) dynamic POD based on LEO carrying an on-board GPS receiver is mainly discussed. The approaches are tested using real GRACE data (November 5―25,2002) and independently validated with Satellite Laser Ranging (SLR) measurements over the same 21 days. Comparisons with the scientific orbits provided by GFZ indicate that the SD POD RMS accuracy can achieve 5,10 and 6 cm in radial,along and cross the track,and the ZD POD RMS accuracy can achieve 4,8 and 4 cm in radial,along and cross the track. SLR validation shows that SD POD accuracy is better than 8 cm in distance,and ZD POD accuracy is better than 6 cm.     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化甲烷重整反应的途径

在透氧膜反应器内对比分析了不加催化剂和添加 1 g 9% Ni/γ -Al2O3 催化剂的甲烷重整反应实验. 结果表明, 不加催化剂时甲烷相对较惰性; 而在催化剂的作用下, 甲烷重整活性得到了较大提高, 但是催化剂易积碳. 推测甲烷重整反应路径如下: 甲烷在催化剂活性组分上发生裂解, 产生氢和碳; 生成的氢与膜表面的氧反应生成 H₂O,从而使得膜表面侧氧分压下降, 透氧量增大. 通过设计不同 Ni 含量 NiO/MgO 催化剂下的甲烷裂解和甲烷重整反应实验, 验证了以上的反应机理模型.     

甲烷部分氧化制合成气反应中热点位置的研究

将热电偶插入La2 O3 Ni/MgAl2 O4 催化剂反应床层 ,通过移动热电偶详细考察了反应炉温、空速、原料气组成和加入水蒸气对甲烷部分氧化制合成气反应床层温升的影响。结果表明 ,反应热点位于催化剂床层入口处 ,而且热点位置不受上述反应因素的影响。但是 ,其温升值随空速的增大而升高 ,随反应炉温的升高而降低。反应中引入水蒸气可以降低反应热点的温度 ,但同时使产物中CO2 含量增大。根据反应热计算了燃烧重整机理和直接转化机理的绝热温升 ,与实验结果的对比表明 ,反应床层的温升主要来自于部分氧化反应的放热 ,即甲烷部分氧化制合成气可能是按直接转化机理进行的。极高空速时低甲烷转化率下合成气的选择性并未发生明显的变化 ,这也进一步证明了上述结论     

Methanotrophic symbionts provide carbon for photosynthesis in peat bogs

Wetlands are the largest natural source of atmospheric methane, the second most important greenhouse gas. Methane flux to the atmosphere depends strongly on the climate; however, by far the largest part of the methane formed in wetland ecosystems is recycled and does not reach the atmosphere. The biogeochemical controls on the efficient oxidation of methane are still poorly understood. Here we show that submerged Sphagnum mosses, the dominant plants in some of these habitats, consume methane through symbiosis with partly endophytic methanotrophic bacteria, leading to highly effective in situ methane recycling. Molecular probes revealed the presence of the bacteria in the hyaline cells of the plant and on stem leaves. Incubation with (13)C-methane showed rapid in situ oxidation by these bacteria to carbon dioxide, which was subsequently fixed by Sphagnum, as shown by incorporation of (13)C-methane into plant sterols. In this way, methane acts as a significant (10-15%) carbon source for Sphagnum. The symbiosis explains both the efficient recycling of methane and the high organic carbon burial in these wetland ecosystems.     

矿井乏风逆流氧化床温度分布和工作特性研究

为了给矿井乏风逆流氧化装置设计提供理论依据,数值模拟研究了逆流氧化床温度分布和工作特性.结果显示：逆流氧化床内固体蜂窝陶瓷的蓄热和释热效应,使得含甲烷气体成分极低的模拟矿井乏风在其内能够自维持逆流高温氧化.数值模拟中逆流氧化床轴向中心线上M形温度分布特点与实验结果一致.逆流氧化床轴向中心线上温度分布、出口温度值、化学反应速率分布、气固两相间单位容积换热量分布主要受往复半周期、混合气体中甲烷气体质量分数和混合气体质量流量等参数影响.     

Partial oxidation of methane to syngas in tubular oxygen-permeable reactor

A dense Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ membrane tube was prepared by the extruding method. Furthermore, a membrane reactor with this tubular membrane was successfully applied to partial oxidation of methane (POM) reaction, in which the separation of oxygen from air and the partial oxidation of methane are integrated in one process. At 875℃, 94% of methane conversion, 98% of CO selectivity, 95% of H₂ selectivity, and as high as 8.8 mL/(min · cm²) of oxygen flux were obtained. In POM reaction condition, the membrane tube shows a very good stability.