吸附微生物脱硫原位耦合工艺的吸附剂选择.pdf

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1、万方数据中国科学B辑：化学2007年第37卷第5期：506—513http：／／www．scichina．com◇㈣三燃吸附．微生物脱硫原位耦合工艺的吸附剂选择张怀英∞刘庆芬①李玉光①②李望良∞邢建民钟刘会洲舻熊小超∞(①中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100080；②中国科学院研究生院，北京100049)摘要吸附一生物原位耦合脱硫工艺是耦合了吸附脱硫的速率快和生物脱硫的选择性高的优点的新型油品脱硫工艺．该耦合工艺通过在脱硫微生物表面组装脱硫吸附剂来实现．比较了常用脱硫吸附剂"pAl203

2、、Na-Y分子筛和活性炭在与德氏假单胞杆菌R一8进行吸附一微生物催化原位耦合脱硫工艺中的应用效果．其中，Na—Y分子筛抑制细胞的脱硫活性，活性炭吸附了底物二苯并噻吩(DBT)之后难以解吸，因此，二者均不适用于耦合脱硫工艺．T-A1203由于能够快速地从油相中吸附DBT，然后将DBT解吸下来传递给R．8细菌进行生物降解，加快了DBT的传质速率，从而有效地提高了脱硫速率．研究还发现纳米结构的',／-A1203与R一8耦合脱硫的效果优于普通尺寸的T-A1203，所以认为纳米廿A1203是原位耦合脱硫较好的吸附剂选择

3、．关键词吸附脱硫生物脱硫原位耦合吸附剂石油及其产品中的含硫化合物对石油加工及其产品应用带来了许多危害，如含硫燃料燃烧后产生的SO，严重污染环境等⋯．随着环保要求的日益严格，汽油、柴油质量总的发展趋势是低硫甚至是无硫(硫含量小于10一15此．g-J)，并逐步实现车用燃料清洁化伫1．微生物脱硫具有条件温和、选择性高和不损失燃料燃烧值等优点，是一项具有广泛应用前景的柴油深度脱硫技术【31．然而，要使微生物脱硫技术实现工、Jk化，仍然存在着许多困难，比如脱硫速率慢、细胞分离困难．为解决微生物脱硫速率慢的缺点，目前人们

4、主要通过分子生物学、代谢工程等生物技术来提高脱硫速率，如利用基因工程技术增加脱硫酶的拷贝数、增强脱硫酶的表达等【4】．然而同时MoriotSl研究表明：微生物脱硫是一个油水两相反应，反应物的传质过程是影响微生物脱硫的一个重要的因素．Setti等161利用带有类似双加氧酶的环裂解酶的假单胞菌系统来研究这个问题，结果显示二苯并噻吩(DBT)从油传入水、再从水中到细胞的速率可以影响DBT的代谢速率．与生物脱硫速率相比，吸附脱硫的速率要快得岁71．吸附脱硫的关键在于吸附剂的选择．目前大部分脱硫吸附剂是通过兀．络合作用

5、{8'9】或者是形成金属一S键(如Ni—S，La—S等)【10l进行脱硫．然而，基于兀．络合作用的吸附剂虽然容易再生，但是对含硫化合物和芳香性都具有很强的吸附能力，其选择性差，损失燃料燃烧值：基于形成金属．S键的吸附剂虽然具有很高的选择性，但是不能被再生使用，同样影响燃料的燃烧值．因此。吸附脱硫要实现工业化，仍然有很长一段路要走．基于吸附脱硫和生物脱硫互补的特点，如果能够开发出一条同时具备吸附脱硫的高速率和微生物脱硫的高选择性的脱硫工艺，则能够在有效提高脱硫速率的同时又不损害油品燃烧值．本实验室单国彬博士⋯1

6、对吸附脱硫和微生物脱收稿日期：2007—05—30；接受日期：2007—07—04国家重点基础研究发展计划(批准号：2006CB202507)和国家高技术研究发展计划(批准号：2006AA022209)资助项目4联系人，E—mail：jrmxing@home．ipe．ac．cn，hzliu@home．ipe．at2．cn万方数据第5期张怀英等：吸附．微生物脱硫原位耦合工艺的吸附剂选择硫的结合进行了初步探索，提出了吸附．微生物原位耦合脱硫工艺．该耦合工艺通过在脱硫细胞表面组装纳米级脱硫吸附剂来实现．细胞表面的纳

7、米吸附剂先快速地将DBT从油相中吸附过来然后解吸下来传递给细胞进行生物降解，使得细胞获得DBT的速率比没有吸附剂存在时快．底物的传质过程得以强化。脱硫速率可以提高近2．5倍．吸附剂的性质是影响该原位耦合脱硫工艺的关键因素之一．不同的吸附剂由于其自身性质的不同，与含硫化合物的作用力以及与细胞的作用力不同，必然影响吸附剂在细胞表面的组装效果以及是否能将含硫化合物解吸下来传递给细胞，从而影响它们在耦合脱硫工艺中的行为．其次细胞表面的性质对于吸附剂在细胞表面的组装有着很大的影响．最后，各种脱硫的条件包括反应温度，反应

8、油水比等对耦合脱硫工艺也有影响．本文在单国彬博士的研究基础上，考察了常用脱硫吸附剂(氧化铝，分子筛和活性炭)对吸附一微生物脱硫原位耦合工艺的影响，分析并讨论其中的原因。确定吸附一微生物脱硫原位耦合工艺实现的基本条件。为耦合脱硫工艺的进一步研究打F基础．1材料和方法1．1试剂材料二苯并噻吩(DBT)。纯度99％，购自美国ACROSORGANICS公司；二羟基联苯(2一HBP)，纯度99％，购自日本TC