[科普中國]-微生物降解煤

簡介

煤炭的生物降解轉化研究始于20世紀80年代。德國法克斯和美國科恩發(fā)現(xiàn)，某些真菌能在煤塊上生長，并能將煤炭轉化為黑色液體。此后，煤的生物轉化研究在世界上引起注意并取得了一定的研究進展。煤炭的生物降解轉化利用與傳統(tǒng)的工業(yè)轉化方法相比，具有能耗低、轉化條件溫和、轉化效率高、轉化產(chǎn)物的經(jīng)濟效益和應用價值高、設備要求簡單和綠色環(huán)保等一系列優(yōu)越性。微生物降解煤是指煤在微生物參與下發(fā)生大分子的解聚作用，主要是利用真菌、細菌和放線菌等微生物的轉化作用來實現(xiàn)煤的溶解、液化和氣化，使之轉化成易溶于水的物質或者烴類氣體，從中提取有特殊價值的化學品及制取清潔燃料、工業(yè)添加劑與農(nóng)植物生長促進劑等，最終實現(xiàn)煤的溶解、液化和氣化。如把溶媒產(chǎn)物轉化為具有很高附加值的單一的低分子芳烴類和可替代石油作為清潔燃料的甲烷、甲醇和乙醇等物質。1

機理堿降解機理研究者發(fā)現(xiàn)微生物降解時有堿的催化作用。此類堿性催化劑是一些微生物如真菌、放線菌等在培養(yǎng)期間產(chǎn)生的。放線菌在培養(yǎng)過程中會產(chǎn)生一種胞外物質，能夠將煤液化，這種物質具有熱穩(wěn)定性，而且能抗蛋白酶，因此他們推斷這種物質不是生物酶。后來他們又發(fā)現(xiàn)煤降解產(chǎn)物的量隨培養(yǎng)基pH值的升高而增大。由于培養(yǎng)基pH值升高程度與培養(yǎng)基中所含多肽或多銨的量有關，因此初步判斷在堿性環(huán)境條件下有助于微生物對煤的降解。1

酶作用機理一些研究者發(fā)現(xiàn)微生物新陳代謝過程中分泌的胞外酶能夠降解煤。參與降解的煤主要有過氧化酶、氧化物酶、漆酶、水解酶和酯酶等。木質素過氧化物酶首先是在白腐真菌的黃胞原毛平革菌中被發(fā)現(xiàn)的，后來的研究發(fā)現(xiàn)在其他一些擔子菌及子囊菌中也存在該酶。漆酶是一種含銅的多酚氧化酶，幾乎存在于所有的木質素降解真菌中，也存在于很多霉菌和高等植物中。1

螯合物作用機理一些真菌會產(chǎn)生螯合劑，它可以與煤中金屬離子形成金屬螯合物，通過脫除煤中的金屬，使煤結構解體，轉化為水可溶物。多價金屬離子在褐煤的分子結構中起橋梁的作用。利用云芝降解煤的實驗中發(fā)現(xiàn)煤的降解程度與草酸鹽有關，草酸鹽是一種螯合劑，能夠螯合煤中的多價金屬離子，尤其是Ca2+、Fe3+和Mg2+等金屬離子，實驗表明褐煤的金屬離子經(jīng)螯合劑作用后，其降解性得到了提高。1

菌種的培育降解煤微生物的篩選大致可分為兩種途徑：一種方法主要是根據(jù)微生物產(chǎn)生的一些特異代謝產(chǎn)物進行篩選，如能降解煤中有機化合物的某些成分和結構的酶、螯合劑等。由于煤具有類木質素結構，因此可以選用能降解木質素的微生物如云芝；由由于煤是含有芳香烴化合物，故可選用能降解芳環(huán)的細菌如假單胞菌屬。另一種非常實用的方法是從長期暴露于自然界中的煤上分離微生物菌種。不同的微生物與不同煤樣之間的作用不同，因而必須針對煤樣來篩選降解微生物。被研究者們分離得到的可降解煤的菌種有很多種，如細菌有蘇云金芽孢桿菌等；放線菌有鏈霉菌等；白腐真菌有黃孢原毛平革菌、彩絨革蓋菌等；半知菌有土曲霉等；子囊真菌有粗糙脈孢菌等；類酵母真菌有熱帶假絲酵母、假絲酵母菌等；接合真菌有小克銀漢霉，不同微生物與不同煤樣的作用有一定的匹配關系，因此，不同煤種溶降解煤的微生物的篩選就顯得非常重要。中國的煤種繁多，低階煤的儲量很大，進行菌煤匹配的篩選工作具有重大的實際意義。1