生物表面活性劑及其在石油與環(huán)保中的應(yīng)用

1、生物表面活性劑及其在石油與環(huán)保中的應(yīng)用內(nèi)容摘要：關(guān)鍵詞：生物表面活性劑,合成表面活性劑,微生物提高石油采收率(MEOR)摘 要：介紹了生物表面活性劑的基本特性類型生產(chǎn)及其在石油與環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)關(guān)鍵詞：生物表面活性劑,合成表面活性劑,微生物提高石油采收率(MEOR)摘 要：介紹了生物表面活性劑的基本特性類型生產(chǎn)及其在石油與環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用。內(nèi) 容： 表面活性劑在許多工業(yè)領(lǐng)域都占有重要的地位,但化學(xué)合成的表面活性劑由于其原材料來源價格產(chǎn)品性能和環(huán)境污染等方面的問題,其使用受到一定的限制。為了解決上述問題,人們寄希望于應(yīng)用生物技術(shù)來生產(chǎn)活性高性能優(yōu)環(huán)境友好的表面活性劑。因此,生物表面活性劑的研制開發(fā)

2、受到重視。一 生物表面活性劑的基本特性與類型由微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑,其化學(xué)結(jié)構(gòu)十分廣泛,包括糖脂脂肽多糖 蛋酸絡(luò)合物磷脂脂肪酸和中性脂等。雖然不同種類的微生物所合成的生物表面活性劑具有不同的性質(zhì)與生理功能,但生物表面活性劑都具有下列特性:能降低界面張力;具有較好的熱與化學(xué)穩(wěn)定性;乳化作用。微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑包括廣泛的化學(xué)結(jié)構(gòu),不同的微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑各不相同,其中具有良好性能的生物表面活性劑列于表1。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看,生物表面活性劑可分為糖脂肽脂肪酸和磷脂,其中研究得比較深入的是糖脂。糖脂是由二糖脂化到脂肪酸上構(gòu)成的,常見的糖脂有分枝菌酸脂海藻糖脂鼠李糖脂槐糖脂等。二 生物

3、表面活性劑的生產(chǎn)1 生物表面活性劑生產(chǎn)的基質(zhì)許多微生物都能以烴類為唯一碳源產(chǎn)生生物表面活性劑。因此以烴類為基質(zhì)生產(chǎn)生物表面活性劑是生物表面活性劑生產(chǎn)的主要基質(zhì)。從目前看來,大多數(shù)生產(chǎn)菌都需要某種烴類作為生物合成的碳基質(zhì)。其中酵母菌和真菌主要利用直鏈飽和烴,細菌則可利用異構(gòu)烴環(huán)烷烴不飽和烴和芳香烴。2 生物表面活性劑生產(chǎn)用菌種與培養(yǎng)基生產(chǎn)生物表面活性劑的微生物可分為三類:完全以烷烴為碳源生產(chǎn)生物表面活性劑,如棒狀桿菌;僅以水溶性底物為碳源,如枯草桿菌;以烴類和水溶性底物為碳源,如假單胞菌。在生物表面活性劑生產(chǎn)用培養(yǎng)基中,碳源是生物表面活性劑結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量的關(guān)鍵,其它可能影響生物表面活性劑生產(chǎn)的營養(yǎng)成

4、分包括氮源磷源金屬離子和其它添加劑。此外,反應(yīng)條件如溫度培養(yǎng)基pH和溶解氧水平或攪拌速度對生物表面活性劑的生產(chǎn)也具有重要影響。3 生物表面活性劑合成的調(diào)節(jié)生物表面活性劑的合成可通過油性物質(zhì)的誘發(fā)作用葡萄糖等物質(zhì)的代謝抑制等方法進行調(diào)節(jié),改變發(fā)酵條件如溫度等都可對生物表面活性劑的合成進行調(diào)節(jié)。研究表明,烴和其它不溶于水的物質(zhì)可以誘發(fā)微生物生產(chǎn)生物表面活性劑。4 生物表面活性劑的提取和濃縮在發(fā)酵液中生物表面活性劑往往濃度低且具親水親油性質(zhì),因此,生物表面活性劑的分離提取和濃縮難度較大,成為生物表面活性劑生產(chǎn)成本的主要組成。 不同的生物表面活性劑具有不同的分離提取和濃縮方法。當(dāng)以不溶于水的烷烴為碳源

5、時,必須在分離提取前先去除殘余烷烴,水溶性胞外生物表面活性劑的分離通常需要多種濃縮步驟;而不溶于水的生物表面活性劑,則可通過離心等技術(shù)進行分離。三 生物表面活性劑在石油和環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用與合成表面活性劑相比,生物表面活性劑具有如下突出優(yōu)點:化學(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性為特定應(yīng)用的需要提供了更為廣泛的選擇,而這些特定基團一般用化學(xué)方法難以合成;良好的生物降解性使其在使用過程中與環(huán)境友好;生物表面活性劑一般無生物毒性。正是由于生物表面活性劑具有優(yōu)越的理化性能和環(huán)保優(yōu)勢,其應(yīng)用范圍日益擴大到農(nóng)業(yè)建筑食品飲料工業(yè)清洗皮革造紙石油及環(huán)保等許多領(lǐng)域。在此僅介紹生物表面活性劑在石油及環(huán)保中的應(yīng)用。1 利用生物表面活性劑

6、提高石油采收率提高石油采收率是提高石油產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一。在當(dāng)前提高石油采收率技術(shù)中,微生物提高石油采收率(MEOR)尤為引人注目,利用微生物所產(chǎn)生或生產(chǎn)的生物表面活性劑提高石油采收率則是MEOR的重要分支。生物表面活性劑提高石油采收率,可將發(fā)酵生產(chǎn)的生物表面活性劑注入油層,更多則是利用篩選的菌種在油層就地發(fā)酵產(chǎn)生生物表面活性劑。生物表面活性劑在油層中能大大降低油水界面張力,使油類乳化,改變油層巖石的潤濕性,并籍此達到驅(qū)油提高石油采收率的目的。利用生物表面活性劑提高石油采收率已在國內(nèi)外開展了大量的室內(nèi)試驗研究,目前正在逐步走向現(xiàn)場應(yīng)用。l-1時,石油采收率可提高30%,其效果遠遠大于合成表

7、面活性劑。我國中科院有機化學(xué)所感光所滲流力學(xué)所等單位對生物表面活性劑的生產(chǎn)菌種篩選產(chǎn)品性能評價及提高石油采收率的應(yīng)用效果進行了大量研究;大慶油田對海藻糖脂及其與合成表面活性劑提高石油采收率進行了試驗研究。實驗表明,單一表面活性劑可降低大慶原油界面張力至0.40.6mNm-1;混合生物表面活性劑降低至0.1mNm-1;海藻糖脂-堿二元體系降低至0.03mNm-1;海藻糖脂與石油磺酸鹽可降低至0.006mNm-1。利用海藻糖脂-石油磺酸鹽體系可提高石油采收率15%。2 生物表面活性劑在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用生物表面活性劑具有無毒易生物降解等環(huán)境友好性,因而十分適合于環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。如為了消除土壤中有機污染

8、物,可利用生物表面活性劑使污染物分散增溶乳化,進而促使污染物盡快生物降解,有人利用鼠李糖脂去除土壤中的脂肪族和芳香族烴類。生物表面活性劑在油污土壤的治理等領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。四 化學(xué)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略1，環(huán)保的政策及法規(guī)自1995年加拿大化學(xué)品制造者學(xué)會(CCPA)，首先推行了“關(guān)懷責(zé)任” 制度。其目的是追求安全、健康與環(huán)境保護：1990年加拿大CCPA、美國化學(xué)品制造商協(xié)會(CMA)、歐洲化學(xué)工業(yè)聯(lián)盟(CEFIC)、澳大利亞化學(xué)品制造商協(xié)會(ACIA)、日本化學(xué)工業(yè)協(xié)會(JCIA)和英國化工協(xié)會，共同發(fā)起組織國際化工協(xié)會(ICCA)，向世界相關(guān)國家推薦“關(guān)懷責(zé)任”制度，以保證各國化工企

9、業(yè)安全生產(chǎn)、環(huán)境無擂染和職工健康。ICCA成立后提出：(1)化學(xué)物質(zhì)和產(chǎn)品的開發(fā)制造、流通和廢棄過程中，都有人身安全、健康和影響生態(tài)環(huán)境問題，在生產(chǎn)中有副產(chǎn)品、廢渣、廢水、廢氣問題。(2)某些有害性的化學(xué)物質(zhì)在空氣中暴露多少量是安全極限。判斷和計量都要公開，保證市民的安全。(3)化工產(chǎn)品到1998年6月止，美國CA (化學(xué)文摘)編號已迭1400多萬個。每年都有近百萬個新品種登記。實際在市場上流通的化學(xué)品約有10萬種對這些化學(xué)物質(zhì)進行檢測評價，需要各協(xié)會通力合作。(4)為了加強化學(xué)品的管理，除生產(chǎn)企業(yè)和用戶企業(yè)外，當(dāng)?shù)氐木用褚惨獏⑴c監(jiān)督管理。企業(yè)每年都要將執(zhí)行人身安全、事故減少和減少污染環(huán)境情況

10、，以書面報告送交化學(xué)協(xié)會或制造商協(xié)會。向各股東匯報企業(yè)經(jīng)營狀況時也要報告環(huán)境保護與管理情況。目前，環(huán)保工作的重點是對人體內(nèi)分泌有害的物質(zhì)，它們的毒性機理是：有類似雌激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，影響生殖的內(nèi)分泌。如何控制要作為法規(guī)來規(guī)定，做出科學(xué)的定論。日本政府1998年撥款來完成有毒物質(zhì)的檢測工作。美國的研究對象約是2800種。美國化學(xué)品制造商協(xié)會(CMA)投人約l3億美元，到2003年才會提出報告。歐洲委員會(EC)則以“預(yù)防為主的原則”，先收集實例，重點在聚氯乙烯用的增塑劑和兩種與多氯聯(lián)苯(PCB)結(jié)構(gòu)相近的農(nóng)藥品種，對接觸它們有無受到污染和影響進行實際調(diào)查，然后對環(huán)境中這些有害物質(zhì)進行測定，測出安全

11、極限。其次是研究如何排除和開發(fā)取代它們的新品種2，可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略目前，為了滿足2040年人們生活的需要，工業(yè)界必須減少廢物料、能源的使用量垃圾的利用率要進9O以上才行。據(jù)化學(xué)周報預(yù)測，2050年全世界人口可達到100億，現(xiàn)在已將近6O億?？沙掷m(xù)發(fā)展是個大問題，因此，必須采取相應(yīng)的措施以適應(yīng)社會發(fā)展的需要(1)化工企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營上應(yīng)以現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，依靠提高設(shè)備效率和技術(shù)革新積累資金 采用計算機網(wǎng)絡(luò)管理的IT技術(shù)；工藝、設(shè)備和催化劑的改進要不斷推陳出新；要加快并購，增強實力，搶占市場。(2)組織機構(gòu)方面，總公司、董事會、主管企業(yè)和各分公司的戰(zhàn)略與經(jīng)濟效益，各分公司設(shè)立是按地區(qū)劃分；分公司總經(jīng)

12、理除負責(zé)全權(quán)處理本地區(qū)的業(yè)務(wù)外，還兼管全公司主要產(chǎn)品中某幾個類別產(chǎn)品的全面業(yè)務(wù)，雙重分工負責(zé)制。采取戰(zhàn)略和資金集中管理，又是專業(yè)經(jīng)營，便于靈活競爭市場。(3)在技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)方面，發(fā)展工廠-學(xué)校-研究院所的三結(jié)合方式。聯(lián)合研究開發(fā)，共享科研成果，積累技術(shù)，為發(fā)展做準備。產(chǎn)品發(fā)展中，在有資源地區(qū)或有銷售市場的發(fā)展中國家，建石化產(chǎn)品中的上游產(chǎn)品，而在歐美的老化工基地，以發(fā)展精細化學(xué)品為主。(4)能源和水是化工生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是可持續(xù)發(fā)展、保持清潔無污染的關(guān)鍵。各大公司均在治理“三廢”、減少污水和有害物質(zhì)排放，在節(jié)約能源方面下功夫。許多企業(yè)已做到了生產(chǎn)上升， “三廢 排放逐年降低。(5)資源綜合利用方面，做的較好的是紙張?；厥諒U紙，重新利用，約占7O左右 水的重復(fù)利用也在70 8O。二氧化碳的排放得到控制，減少重柴油和燃料油燒鍋爐，而改用天然氣。此外，開發(fā)風(fēng)力、燃料電池等新能源，也是在初創(chuàng)時期。風(fēng)力發(fā)電，受季節(jié)影響，中小型的適用，發(fā)展較快。大型風(fēng)力發(fā)電，限于自然條件不容易推廣參考文獻:1易紹金.生物技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用及其動態(tài)J.石油與天然氣化工,1988,17(4):2732.2方云編譯.生物表面活性劑M.北京:中國輕工業(yè)出版社,1992.3Sung-C