發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 00:31

　　 在未來可預(yù)見的時(shí)間內(nèi),煤炭仍將是我國(guó)能源的主體,但是,煤炭的大量使用所產(chǎn)生的污染與我國(guó)當(dāng)前提倡的青山綠水發(fā)展理念相悖。由此如何綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的使用好煤炭將是我國(guó)科技工作者長(zhǎng)期的研究課題,對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。煤炭的生物降解氣化研究基于煤層氣,主要是生物二次成氣的原因,利用生物技術(shù)將煤炭進(jìn)行氣化,變?yōu)闈崈裟茉?不但徹底解決了由于采礦所造成的地表塌陷、地下水污染等一系列地質(zhì)災(zāi)害等問題,同樣徹底解決了由于煤炭在燃燒和化工氣化過程中所產(chǎn)生的大氣污染、水環(huán)境污染等一系列環(huán)境污染問題。煤炭的生物降解氣化是一種生物技術(shù)、礦物加工技術(shù)及煤化工技術(shù)相結(jié)合的跨學(xué)科、跨專業(yè)的生物工程創(chuàng)新研究,是多種學(xué)科技術(shù)的交叉和融合,是十三五以來對(duì)煤炭走“綠色”潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)之路的響應(yīng),意義十分重大。本論文進(jìn)行了低階煤微生物產(chǎn)氣試驗(yàn)研究,進(jìn)而選取煤炭模型化合物進(jìn)行生物氣化模擬研究,最后通過采用Materials Studio軟件對(duì)煤炭中相關(guān)模型化合物和官能團(tuán)進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算,分析煤炭生物氣化中管能團(tuán)的分解和鍵的斷裂規(guī)律,對(duì)煤炭生物氣化在微觀上作出有益的探索。在以煤炭和煤炭模型化合物為研究對(duì)象中,分別采用安徽省明光市來安縣來安酒廠和淮南市安徽省淮南市天順生態(tài)養(yǎng)殖有限公司沼液中的厭氧發(fā)酵菌群為外來菌源,通過菌群富集培養(yǎng)后對(duì)煤炭進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷試驗(yàn)。通過單因素試驗(yàn)考察溫度、pH、煤樣粒徑以及煤與菌液用量之比等因素對(duì)生物甲烷產(chǎn)生的影響,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析確定了最優(yōu)單因素條件,煤炭的最優(yōu)生物氣化工藝條件是:溫度為37℃,pH=7,煤樣粒徑為0.5mm,煤與菌液用量之比為1:5,在此條件下沼液中的厭氧菌群產(chǎn)氣量達(dá)到最大值,為9.0mL,總量是 36.3mL。本文先對(duì)煤及模型化合物進(jìn)行微生物降解氣化的試驗(yàn),試驗(yàn)過后發(fā)現(xiàn)降解后的產(chǎn)物中有機(jī)硫的含量降低的不是很明顯,為了探討煤炭生物氣化的機(jī)理以及更好的理解煤中硫的脫除,通過采用Materials Studio中的Dmol3程序?qū)α蛎押袜绶粤虻哪Ｐ突衔锒蕉蛎押投讲⑧绶缘慕Y(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)(鍵角鍵長(zhǎng)、Mulliken電荷、振動(dòng)強(qiáng)度、熱力學(xué)性質(zhì)、分子得失電子能力和穩(wěn)定性)進(jìn)行了理論計(jì)算與研究。通過Dmol3中的geometry optimization計(jì)算出各原子的電荷、振動(dòng)頻率等性質(zhì)。通過對(duì)模型化合物分子的計(jì)算結(jié)果來預(yù)測(cè)煤炭生物氣化中管能團(tuán)的分解和鍵的斷裂,對(duì)研究煤炭生物氣化的機(jī)理及煤中硫的脫除有著重要意義。本文通過微生物對(duì)煤的降解氣化過程中硫元素含量的變化,選擇具有代表性的硫醚和噻吩硫的含硫模型化合物,開展量子化學(xué)計(jì)算,通過模型化合物幾何參數(shù),化學(xué)鍵軌道將計(jì)算預(yù)測(cè)反應(yīng)斷鍵位置,模擬分析煤炭生物氣化條件下硫醚和噻吩硫等斷鍵機(jī)理。其中二苯二硫醚中兩個(gè)S原子直接作用,它們之間的相互作用較強(qiáng)振動(dòng)頻率大,周圍電子多,易斷裂,使S原子帶有孤電子增加其反應(yīng)能力,導(dǎo)致硫醚鍵斷裂,從而使兩個(gè)S原子裸露出來,更容易與外界發(fā)生反應(yīng)對(duì)硫醚進(jìn)行脫除;二苯并噻吩分子中S原子與其它4個(gè)C原子共在一個(gè)噻吩環(huán)中,噻吩環(huán)周圍電子云密度大,其中S原子的電負(fù)性又比C的大吸引電子的能力更強(qiáng),更容易發(fā)生反應(yīng)使噻吩環(huán)斷裂,使噻吩硫從煤中脫除出去。
【學(xué)位單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD84
【部分圖文】：

控制ｐＨ＝７．０，煤炭粒度為０．５ｍｍ，菌液用量為１０ｍＬ，把溫度作為單一變量??因素，溫度分別取為３４°Ｃ、３５°Ｃ、３６°Ｃ、３７°Ｃ、３８°Ｃ，進(jìn)行一周的產(chǎn)氣試驗(yàn)，一??周后對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行測(cè)量并分析溫度對(duì)微生物產(chǎn)氣的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖１。??如圖１所示，在３４°Ｃ￣３８°Ｃ溫度條件下進(jìn)行單因素優(yōu)選試驗(yàn)，隨著時(shí)間的變??化，不同溫度條件下的甲烷產(chǎn)氣量存在差異，當(dāng)溫度在３７°Ｃ時(shí)曲線最高，產(chǎn)氣量??達(dá)到最大值。而在其他溫度下，甲烷產(chǎn)氣量較低，尤其是在３４°Ｃ及３５°Ｃ溫度條件??下，甲烷產(chǎn)氣量最低，由此可以看出，當(dāng)溫度過高或溫度過低，都會(huì)對(duì)生物甲烷??的產(chǎn)氣量產(chǎn)生影響。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該微生物降解煤炭生成生物甲烷的最佳溫度??條件為３７°Ｃ，由此可以大膽推測(cè)，沼液中對(duì)煤炭產(chǎn)生作用的主要菌群屬于嗜溫菌??［５７］（最適溫度在３７°Ｃ左右）。??通過圖１可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在３６°Ｃ及３８°Ｃ時(shí)，生物甲烷從第一天就開始產(chǎn)出，??但是產(chǎn)氣量以及產(chǎn)氣的速率沒有溫度在３７°Ｃ時(shí)候的高。通過３４°Ｃ、３５°Ｃ這兩條曲??線可以看出

液用量為１０ｍＬ，把ｐＨ作為單一變量因素，ｐＨ分別取為６、６．５、７、７．５、８進(jìn)行??一周的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，一周后對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行測(cè)量并分析ｐＨ對(duì)微生物產(chǎn)氣的影響，試??驗(yàn)結(jié)果見圖２。??如圖２所示：在ｐＨ＝７時(shí)，生物甲烷產(chǎn)氣量達(dá)到最大，最高可以達(dá)到８．９ｍＬ；??而在ｐＨ＝７．５時(shí)，生物甲烷產(chǎn)氣量有所降低，產(chǎn)氣量為８．５ｍＬ，而在ｐＨ條件為６、??６．５、８時(shí)，生物甲烷的產(chǎn)氣量只有７．８ｍＬ左右，由此可以看出，中性（ｐＨ＝７）環(huán)??境最適合該菌群的生長(zhǎng)，隨著酸性的或者堿性的不斷增強(qiáng)，生物產(chǎn)甲烷的產(chǎn)量都??在下降。由此可以看出，在中性或者偏堿性的環(huán)境下更加適宜該厭氧菌群的生長(zhǎng)，??在過酸或者過堿條件下會(huì)對(duì)該產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)氣起到抑制作用。說明微生物在中性??條件下的產(chǎn)氣量是最高的，與煤反應(yīng)的相關(guān)酶活性是最好的，堿性條件下次之，??酸性條件下微生物降解氣化的產(chǎn)氣量最低，不利于微生物氣化的充分進(jìn)行。而且，??煤炭微生物氣化產(chǎn)甲烷是一個(gè)極其復(fù)雜的過程

度作為單一變量因素，煤炭粒度分別�。保�？０．７５ｍｍ，０．７５￣０．５ｍｍ，?０．５ｍｍ，??０．５￣０．２５ｍｍ，?０．２５￣０．１２５ｍｍ，進(jìn)行一周的產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)，一周后對(duì)產(chǎn)氣量進(jìn)行測(cè)量并??分析煤炭粒度對(duì)微生物產(chǎn)氣的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖３。??從圖３中可以看出煤炭粒度為０．５ｍｍ時(shí)產(chǎn)氣量生物甲烷的產(chǎn)生量最多，最高??為８．９ｍＬ。當(dāng)粒度在０．７５？０．５ｍｍ和１．５？０．７５ｍｍ時(shí)，產(chǎn)氣量在７．５ｍＬ左右，比粒??度在０．５ｍＬ時(shí)降低１５．７％，開始的產(chǎn)氣量比較多，曲線斜率比較大，這可能因?yàn)??煤炭粒度大的時(shí)候，微生物與煤表面接觸充分所以一開始產(chǎn)氣就比較充分，而且??反應(yīng)的前幾天產(chǎn)氣量速率增加的也很快，但是到了第四天產(chǎn)氣量達(dá)到了最大值，??隨后曲線斜率開始降低最后趨于平緩，造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于煤炭粒度??過大與微生物接觸過于充分，微生物降解氣化快同時(shí)微生物代謝的也快，在產(chǎn)氣??的同時(shí)微生物自身也有所消耗
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葛濤;蔡川川;;不同密度煉焦煤中有機(jī)硫的XPS研究[J];安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年03期

2 王保玉;陳林勇;邰超;韓作穎;關(guān)嘉棟;趙晗;;外源菌群煤生物氣化初步研究:菌群結(jié)構(gòu)、煤種及煤孔(裂)隙[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年09期

3 吳美容;張瑞;周俊;謝欣欣;雍曉雨;閆志英;葛明民;鄭濤;;溫度對(duì)產(chǎn)甲烷菌代謝途徑和優(yōu)勢(shì)菌群結(jié)構(gòu)的影響[J];化工學(xué)報(bào);2014年05期

4 何喬;丁晨;李貴中;陳浩;承磊;張輝;;不同成熟度煤樣產(chǎn)甲烷潛力[J];微生物學(xué)報(bào);2013年12期

5 蘇現(xiàn)波;吳昱;夏大平;陳鑫;;瘦煤制取生物甲烷過程模擬實(shí)驗(yàn)研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2013年06期

6 夏大平;陳鑫;蘇現(xiàn)波;吳昱;;氧化還原電位對(duì)低煤階煤生物甲烷生成的影響[J];天然氣工業(yè);2012年11期

7 林海;隋夢(mèng)琪;汪涵;;微生物增產(chǎn)煤層氣菌種的馴化[J];煤炭學(xué)報(bào);2012年08期

8 王愛寬;秦勇;林玉成;蘭鳳娟;楊松;;褐煤中天然產(chǎn)甲烷菌富集培養(yǎng)與生物氣產(chǎn)出模擬[J];高校地質(zhì)學(xué)報(bào);2010年01期

9 舒新前，徐旭常;微生物浸濾法脫除煤中的黃鐵礦[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1996年04期

10 高晉生，陳茺;德國(guó)煤炭能源化工研究與開發(fā)的現(xiàn)狀和前景[J];煤炭轉(zhuǎn)化;1995年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 杜傳梅;煤中有機(jī)硫脫除機(jī)理的密度泛函研究[D];安徽理工大學(xué);2014年

2 蔡川川;高有機(jī)硫煉焦煤對(duì)微波響應(yīng)規(guī)律研究[D];安徽理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2850820