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篇1
与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。
微生物燃料电池中的代谢
为了衡量细菌的发电能力，控制微生物电子和质子流的代谢途径必须要确定下来。除去底物的影响之外，电池阳极的势能也将决定细菌的代谢。增加MFC的电流会降低阳极电势，导致细菌将电子传递给更具还原性的复合物。因此阳极电势将决定细菌最终电子穿梭的氧化还原电势，同时也决定了代谢的类型。根据阳极势能的不同能够区分一些不同的代谢途径：高氧化还原氧化代谢，中氧化还原到低氧化还原的代谢，以及发酵。因此，目前报道过的MFCs中的生物从好氧型、兼性厌氧型到严格厌氧型的都有分布。
在高阳极电势的情况下，细菌在氧化代谢时能够使用呼吸链。电子及其相伴随的质子传递需要通过NADH脱氢酶、泛醌、辅酶Q或细胞色素。Kim等研究了这条通路的利用情况。他们观察到MFC中电流的产生能够被多种电子呼吸链的抑制剂所阻断。在他们所使用的MFC中，电子传递系统利用NADH脱氢酶，Fe/S（铁/硫）蛋白以及醌作为电子载体，而不使用电子传递链的2号位点或者末端氧化酶。通常观察到，在MFCs的传递过程中需要利用氧化磷酸化作用，导致其能量转化效率高达65%。常见的实例包括假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa），微肠球菌（Enterococcusfaecium）以及Rhodoferaxferrireducens。
如果存在其它可替代的电子受体，如硫酸盐，会导致阳极电势降低，电子则易于沉积在这些组分上。当使用厌氧淤泥作为接种体时，可以重复性的观察到沼气的产生，提示在这种情况下细菌并未使用阳极。如果没有硫酸盐、硝酸盐或者其它电子受体的存在，如果阳极持续维持低电势则发酵就成为此时的主要代谢过程。例如，在葡萄糖的发酵过程中，涉及到的可能的反应是：C6H12O6+2H2O=4H2+2CO2+2C2H4O2或6H12O6=2H2+2CO2+C4H8O2。它表明，从理论上说，六碳底物中最多有三分之一的电子能够用来产生电流，而其它三分之二的电子则保存在产生的发酵产物中，如乙酸和丁酸盐。总电子量的三分之一用来发电的原因在于氢化酶的性质，它通常使用这些电子产生氢气，氢化酶一般位于膜的表面以便于与膜外的可活动的电子穿梭体相接触，或者直接接触在电极上。同重复观察到的现象一致，这一代谢类型也预示着高的乙酸和丁酸盐的产生。一些已知的制造发酵产物的微生物分属于以下几类：梭菌属（Clostridium），产碱菌（Alcaligenes），肠球菌（Enterococcus），都已经从MFCs中分离出来。此外，在独立发酵实验中，观察到在无氧条件下MFC富集培养时，有丰富的氢气产生，这一现象也进一步的支持和验证这一通路。
发酵的产物，如乙酸，在低阳极电势的情况下也能够被诸如泥菌属等厌氧菌氧化，它们能够在MFC的环境中夺取乙酸中的电子。
代谢途径的差异与已观测到的氧化还原电势的数据一起，为我们一窥微生物电动力学提供了一个深入的窗口。一个在外部电阻很低的情况下运转的MFC，在刚开始在生物量积累时期只产生很低的电流，因此具有高的阳极电势（即低的MFC电池电势）。这是对于兼性好氧菌和厌氧菌的选择的结果。经过培养生长，它的代谢转换率，体现为电流水平，将升高。所产生的这种适中的阳极电势水平将有利于那些适应低氧化的兼性厌氧微生物生长。然而此时，专性厌氧型微生物仍然会受到阳极仓内存在的氧化电势，同时也可能受到跨膜渗透过来的氧气影响，而处于生长受抑的状态。如果外部使用高电阻时，阳极电势将会变低，甚至只维持微弱的电流水平。在那种情况下，将只能选择适应低氧化的兼性厌氧微生物以及专性厌氧微生物，使对细菌种类的选择的可能性被局限了。
MFC中的阳极电子传递机制
电子向电极的传递需要一个物理性的传递系统以完成电池外部的电子转移。这一目的既可以通过使用可溶性的电子穿梭体，也可以通过膜结合的电子穿梭复合体。
氧化性的、膜结合的电子传递被认为是通过组成呼吸链的复合体完成的。已知细菌利用这一通路的例子有Geobactermetallireducens、嗜水气单胞菌（Aeromonashydrophila）以及Rhodoferaxferrireducens。决定一个组分是否能发挥类似电子门控通道的主要要求在于，它的原子空间结构相位的易接近性（即物理上能与电子供体和受体发生相互作用）。门控的势能与阳极的高低关系则将决定实际上是否能够使用这一门控（电子不能传递给一个更还原的电极）。
MFCs中鉴定出的许多发酵性的微生物都具有某一种氢化酶，例如布氏梭菌和微肠球菌。氢化酶可能直接参加了电子向电极的转移过程。最近，这一关于电子传递方法的设想由McKinlay和Zeikus提出，但是它必须结合可移动的氧化穿梭体。它们展示了氢化酶在还原细菌表面的中性红的过程中扮演了某一角色。
细菌可以使用可溶性的组分将电子从一个细胞（内）的化合物转移到电极的表面，同时伴随着这一化合物的氧化。在很多研究中，都向反应器中添加氧化型中间体比如中性红，劳氏紫（thionin）和甲基紫萝碱（viologen）。经验表明这些中间体的添加通常都是很关键的。但是，细菌也能够自己制造这些氧化中间体，通过两种途径：通过制造有机的、可以被可逆的还原化合物（次级代谢物），和通过制造可以被氧化的代谢中间物（初级代谢物）。
第一种途径体现在很多种类的细菌中，例如腐败谢瓦纳拉菌（Shewanellaputrefaciens）以及铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）。近期的研究表明这些微生物的代谢中间物影响着MFCs的性能，甚至普遍干扰了胞外电子的传递过程。失活铜绿假单胞菌的MFC中的这些与代谢中间体产生相关的基因，可以将产生的电流单独降低到原来的二十分之一。由一种细菌制造的氧化型代谢中间体也能够被其他种类的细菌在向电极传递电子的过程中所利用。
通过第二种途径细菌能够制造还原型的代谢中间体——但还是需要利用初级代谢中间物——使用代谢中间物如Ha或者HgS作为媒介。Schroder等利用E.coliK12产生氢气，并将浸泡在生物反应器中的由聚苯胺保护的铂催化电极处进行再氧化。通过这种方法他们获得了高达1.5mA/cm2（A，安培）的电流密度，这在之前是做不到。相似的，Straub和Schink发表了利用Sulfurospirillumdeleyianum将硫还原至硫化物，然后再由铁重氧化为氧化程度更高的中间物。
评价MFCs性能的参数
使用微生物燃料电池产生的功率大小依赖于生物和电化学这两方面的过程。
底物转化的速率
受到如下因素的影响，包括细菌细胞的总量，反应器中混合和质量传递的现象，细菌的动力学（p-max——细菌的种属特异性最大生长速率，Ks——细菌对于底物的亲和常数），生物量的有机负荷速率（每天每克生物量中的底物克数），质子转运中的质子跨膜效率，以及MFC的总电势。
阳极的超极化
一般而言，测量MFCs的开放电路电势（OCP）的值从750mV~798mV。影响超极化的参数包括电极表面，电极的电化学性质，电极电势，电极动力学以及MFC中电子传递和电流的机制。
阴极的超极化
与在阳极观测到的现象相似，阴极也具有显著的电势损失。为了纠正这一点，一些研究者们使用了赤血盐（hexacyanoferrate）溶液。但是，赤血盐并不是被空气中的氧气完全重氧化的，所以应该认为它是一个电子受体更甚于作为媒介。如果要达到可持续状态，MFC阴极最好是开放性的阴极。
质子跨膜转运的性能
目前大部分的MFCs研究都使用Nafion—质子转换膜（PEMs）。然而，Nafion—膜对于（生物）污染是很敏感的，例如铵。而目前最好的结果来自于使用Ultrex阳离子交换膜。Liu等不用使用膜，而转用碳纸作为隔离物。虽然这样做显著降低了MFC的内在电阻，但是，在有阳极电解液组分存在的情况下，这一类型的隔离物会刺激阴极电极的生长，并且对于阴极的催化剂具有毒性。而且目前尚没有可信的，关于这些碳纸-阴极系统在一段时期而不是短短几天内的稳定性方面的数据。
MFC的内在电阻
这一参数既依赖于电极之间的电解液的电阻值，也决定于膜电阻的阻值（Nafion—具有最低的电阻）。对于最优化的运转条件，阳极和阴极需要尽可能的相互接近。虽然质子的迁移会显著的影响与电阻相关的损失，但是充分的混合将使这些损失最小化。
性能的相关数据
在平均阳极表面的功率和平均MFC反应器容积单位的功率之间，存在着明显的差异。表2提供了目前为止报道过的与MFCs相关的最重要的的结果。大部分的研究结果都以电极表面的mA/m以及mW/m2两种形式表示功率输出的值，是根据传统的催化燃料电池的描述格式衍生而来的。其中后一种格式对于描述化学燃料电池而言可能已经是充分的，但是MFCs与化学燃料电池具有本质上的差异，因为它所使用的催化剂（细菌）具有特殊的条件要求，并且占据了反应器定的体积，因此减少了其中的自由空间和孔隙的大小。每一个研究都参照了以下参数的特定的组合：包括反应器容积、质子交换膜、电解液、有机负荷速率以及阳极表面。但仅从这一点出发要对这些数据作出横向比较很困难。从技术的角度来看，以阳极仓内容积（液体）所产生的瓦特/立方米（Watts/m3）为单位的形式，作为反应器的性能比较的一个基准还是有帮助的。这一单位使我们能够横向比较所有测试过的反应器，而且不仅仅局限于已有的研究，还可以拓展到其它已知的生物转化技术。
此外，在反应器的库仑效率和能量效率之间也存在着显著的差异。库仑效率是基于底物实际传递的电子的总量与理论上底物应该传递的电子的总量之间的比值来计算。能量效率也是电子传递的能量的提示，并结合考虑了电压和电流。如表2中所见，MFC中的电流和功率之间的关系并非总是明确的。需要强调的是在特定电势的条件下电子的传递速率，以及操作参数，譬如电阻的调整。如果综合考虑这些参数的问题的话，必须要确定是最大库仑效率（如对于废水处理）还是最大能量效率（如对于小型电池）才是最终目标。目前观测到的电极表面功率输出从mW/m2~w/m2都有分布。
优化
生物优化提示我们应该选择合适的细菌组合，以及促使细菌适应反应器内优化过的环境条件。虽然对细菌种子的选择将很大程度上决定细菌增殖的速率，但是它并不决定这一过程产生的最终结构。使用混合的厌氧-好氧型淤泥接种，并以葡萄糖作为营养源，可以观察到经过三个月的微生物适应和选择之后，细菌在将底物转换为电流的速率上有7倍的增长。如果提供更大的阳极表面供细菌生长的话，增长会更快。
批处理系统使能够制造可溶性的氧化型中间体的微生物的积累成为了可能。持续的系统性选择能形成生物被膜的种类，它们或者能够直接的生长在电极上，或者能够通过生物被膜的基质使用可移动的穿梭分子来传递电子。
通过向批次处理的阳极中加入可溶性的氧化中间体也能达到技术上的优化：MFCs中加入氧化型代谢中间体能够持续的改善电子传递。对这些代谢中间体的选择到目前为止还仅仅是出于经验性的，而且通常只有低的中间体电势，在数值约为300mV或者还原性更高的时候，才认为是值得考虑的。应该选择那些具有足够高的电势的氧化中间体，才能够使细菌对于电极而言具有足够高的流通速率，同时还需参考是以高库仑效率还是以高能量效率为主要目标。
一些研究工作者们已经开发了改进型的阳极材料，是通过将化学催化剂渗透进原始材料制成的。Park和Zeikus使用锰修饰过的高岭土电极，产生了高达788mW/m2的输出功率。而增加阳极的特殊表面将导致产生更低的电流密度（因此反过来降低了活化超极化）和更多的生物薄膜表面。然而，这种方法存在一个明显的局限，微小的孔洞很容易被被细菌迅速堵塞。被切断食物供应的细菌会死亡，因此在它溶解前反而降低了电极的活化表面。总之，降低活化超极化和内源性电阻值将是影响功率输出的最主要因素。
IVIFC：支柱性核心技术
污物驱动的应用在于能够显著的移除废弃的底物。目前，使用传统的好氧处理时，氧化每千克碳水化合物就需要消耗1kWh的能量。例如，生活污水的处理每立方米需要消耗0.5kWh的能量，折算后在这一项上每人每年需要消耗的能源约为30kWh。为了解决这一问题，需要开发一些技术，特别是针对高强度的废水。在这一领域中常用的是UpflowAnaerobicSludgeBlanket反应器，它产生沼气，特别是在处理浓缩的工业废水时。UASB反应器通常以每立方米反应器每天10~20kg化学需氧量的负荷速率处理高度可降解性的废水，并且具有（带有一个燃烧引擎作为转换器）35%的总电力效率，意味着反应器功率输出为0.5~1kW/m3。它的效率主要决定于燃烧沼气时损失的能量。未来如果发展了比现有的能更有效的氧化沼气的化学染料电池的话，很可能能够获得更高的效率。
篇2
微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。
1 微生物燃料电池的工作原理
图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。
下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料电池的分类
目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。
（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。
（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。
（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。
（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。
3 电池性能的制约因素[6～7]
迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。
动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。
另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。
4 微生物燃料电池的应用
（1）废水处理与环境污染治理。
微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。
（3）便携式电源。
微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。
（4）植物MFCs。
通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。
（5）人造器官的动力源[13]。
微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。
5 微生物燃料电池技术研究展望
MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。
（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。
（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。
（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。
（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。
6 结语
MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。
参考文献
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篇3
Keywords: rapeseed oil; Biodiesel; The diesel engine; emissions
中图分类号：Q2-3 文献标识码：A文章编号：
0 引言
随着社会经济的发展，国民生活水平的提高，车辆在人们的日常生活当中越来越普及，大量使用石化燃料的同时也带来了许多问题，如石化柴油含有多有害物质，通过燃烧后直接排入大气层，对环境和人类的生存有着破坏作用，石化能源又是不可再生能源，面临着能源枯竭等问题。各国相继寻找清洁、安全、可再生、可替代石化柴油的新能源。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工业微藻等水生植物油脂及动物油脂、废餐饮油等为原料，通过物理或化学的方法制成的甲脂或乙脂燃料，可用来替代石化燃料来满足工业、民用等要求。国内目前对生物柴油的生产和应用也进行了开发，已成功研制出利用菜籽油、光皮树油、麻风树油、大豆油、米糠油脚料、工业猪油、牛油等作为原料，经过甲醇预酯化再酯化作用，生产制备出的生物柴油，不仅可以作为代用燃料在柴油发动机上直接使用，而且还可以作为柴油清洁燃料的添加剂。从生物柴油的理化性质可以看出生物柴油对环境是友好的，生物柴油所含的双键数目少，分子中含氧量较高，含碳支链数目少或没有，这使得生物柴油有较好的燃烧特性，燃烧比较完全。石化柴油燃烧过程产生的主要污染物是：烟尘颗粒、SOX、CO、HC以及NOX等。与石化柴油相比，生物柴油的燃烧尾气中除NOX浓度稍微升高外，烟尘颗粒、SOX、CO、HC的排放明显下降[1,2]。此外，生物柴油中不含有芳香烃，燃烧后不会产生芳香烃和PAH。而且生物柴油还具有无毒、可生物降解等优点。
本文对菜籽油制成的生物柴油进行理化性能指标测试、发动机燃烧试验，对排放性能进行研究。从而进行分析掺烧生物柴油尾气成分，得出更经济、更环境友好的掺烧比例。
1 材料与方法
1.1 试验材料
市购菜籽油、甲醇（分析纯）、磷酸（分析纯）、氢氧化钠（颗粒状）
1.2 实验原料和方法
1.2.1 生物柴油的制备
本试验采用酯交换法制备生物柴油[3]，即通过甲醇将原料油中的脂肪酸甘油酯的甘油基取代下来，形成碳链较短脂肪酸甲脂和甘油。
其反应原理如下：
C3H5(RCO0)3+3CH3OH=3RCOOCH3+C3H5(OH)3
首先，取一定量的菜籽油置于烧杯中，水浴加热至60℃，将按比例混合好的甲醇氢氧化钠溶液倒入烧杯中，开始搅拌、并计时，待反应结束后将烧杯在室温的条件下静置分层，上层为生物柴油与甲醇的混合物，下层为甘油与未反应的脂肪酸甘油酯的混合物，收集上层液体并用磷酸溶液滴定至中性，加入温水洗涤3―4次，静置分层后除去下层的水相，将上层淡黄色液体在常压下进行蒸馏，以除去甲醇和水分,待蒸馏结束后，过滤除去杂质，即得淡黄色的澄清液体生物柴油。
1.2.2 生物柴油理化性能指标
试验设备：TSY―1109/1109A石油产品运动黏度测定仪、TSY-1103A石油产品半自动闪点测定仪、TSY―1115石油产品铜片腐蚀测定仪、TSY―1110原油和液体石油产品密度测定仪、TSY―1106A石油产品馏程测定仪等仪器。
试验方法：根据各个实验仪器使用方法及国家标准的要求进行测试。
1.2.3 生物柴油台架试验
实验装置：ZX195柴油发动机、DSZ-2转速数字显示仪，D-150水力测功仪，FC2210智能油耗仪、NHA505废气分析仪、烟度计。
试验方法：本试验是在海拔1900m，相对湿度为60%，实验室温度为25 ℃的实验室中进行的，将柴油机油箱中注入0#柴油并进行5分钟热机，让柴油发动机在2000r/min的转速下改变发动机的负荷，分别在0%、20%、50%、80%、100%五个阶段通过所接仪器对HC、CO和油耗等测试，记录所得数
据，然后将油箱中的油全部放尽；将掺混10%生物柴油的混合燃料分别加入油箱中同样空机运行几分钟，保证混合燃料充满整个油路，然后进行测试、数据采集；同样的方法将掺混20%生物柴油的混合燃料进行试验、数据采集；最后做100%生物柴油的试验，并进行数据采集。
2 试验结果与分析
2.1 部分理化性能指标对比
从表二中可以看出B100生物柴油的部分理化性能指标与0#柴油相接近，其中，运动黏度在石化柴油的范围内，接近于上限，所以雾化情况要略差于石化柴油；B100生物柴油的密度、铜片腐蚀接近于0#柴油；在闪点方面，生物柴油要高出0#柴油74℃，故在运输、储存过程中要比0#柴油更加安全、稳定。
表二B100生物柴油与0#柴油
2.2 燃油消耗率
从图2中可以看出在2000r/min的工况下，掺混不同比例生物柴油的混合燃料燃油消耗率总体趋势是随负荷的升高而升高，当负荷在100%时，B10、B20、B100生物柴油燃油消耗率比0#柴油燃油消耗率分别高出9.8%、9.8%、15.4%。造成这种情况是因为生物柴油的热值要比石化柴油的低，在同一工况下掺混生物柴油的比例越高燃油消耗率越高。
图2 2000r/min不同负荷燃油消耗率
2.3 HC排放
从图3中可以看出HC排放在满负荷情况下随转速增加而下降，且HC排放明显低于0#柴油的排放，在2000r/min满负荷的工况下B10、B20、B100HC排放比0#柴油分别低了48.7%、52.4%、66.8%，且随着生物柴油掺混比例的升高而降低，造成这种现象是因为生物柴油中芳香烃含量很少，十六烷值比较高，理论上讲芳香烃含量越少，则其滞燃期越短，HC排放越低；十六烷值较高时，燃油着火性能较好，滞燃期短，其未燃烧碳氢和裂解碳氢均少。另外，生物柴油含有10%的氧，使生物柴油燃料比石化柴油更有利于燃烧，从而减少HC化合物的排放。因此，掺混生物柴油的混合燃料由于芳香烃含量减少、十六烷值高、含氧量增加，使得混合燃料在柴油机中燃烧的HC排放相对降低[5～8]。
图32000r/min满负荷HC排放
2.4 CO排放
从图4中可以看出掺混生物柴油比例越高时CO排放在2000r/min的工况下随负荷升高而升高，当负荷达到100%时CO排放高于石化柴油，CO是燃油燃烧的中间产物，根据发动机CO形成的机理[3,4]：当混合气过浓(大负荷时或者发动机启动时)，将因缺氧所致；或者燃烧温度过低(混合气过稀)，CO进一步氧化的速度减慢，虽然生物柴油含有10%的氧，但由于生物柴油的黏度远远大于石化柴油，严重影响了生物柴油在柴油机中的雾化性能，使其燃烧不完全，从而造成CO排放增加。而且，当燃用生物柴油和柴油混合燃料时，生物柴油里面仍有一定的甲醇、甘油和钠盐等杂质未除净，也会造成燃料燃烧的不充分。高负荷时，CO的排放急剧上升是因为在高负荷高转速时，柴油机的喷油量增加使局部缺氧加剧，燃油不能充分燃烧，从而生成更多的CO[9～11]，因而导致了在2000r/min满负荷工况下混合燃料的CO排放比石化柴油的要高，且掺混比例越高排放比例也越高。
图4 满负荷CO排放
3 结论
1）通过部分理化性能指标的对比，生物柴油闪点比0#柴油高，可以看出生物柴油在运输储存方面要比石化柴油0#柴油安全；由于运动黏度比0#柴油的高，所以在雾化方面要比0#柴油差些。
2）通过ZX195柴油机燃用0#柴油和分别掺混20%、50%、100%生物柴油的混合燃料的排放对比试验可知：菜籽油为原料油制备的生物柴油在燃油消耗率方面比0#柴油略有升高；在HC排放方面明显低于0#柴油，CO排放量略高于0#柴油，综合测试显示掺混比例为20%生物柴油的混合燃料最为理想[12,13]。
参考文献：
[1] 吴贵福，贾元华，姜东华.柴油机燃用生物柴油混合燃料排放性能试验研究[J].内燃机，2009,6：43-45.
[2] 范焱虎. 三种生物柴油理化性能指标对比分析及柴油机试验研究[D].云南农业大学硕士论文，2011（6）.
篇4
随着化石能源的不断开采，化石能源已经接近枯竭的状态，另外，化石能源的价格高并且对环境的污染较为严重，因此，可再生能源的开发与利用就显得非常迫切，生物质能源作为可再生能源的重要组成部分，受到了各界人士的关注[1]。我们所说的生物质燃料主要是指农作物秸秆，它通过直燃式生物质炉具进行采暖。这种新兴的采暖方式极大地提高了人们的生活质量，推动了我国经济的发展。我国的生物质能源非常丰富，对我国社会和经济的发展提供了保障.下面具体的介绍一下生物质燃料特性与炉具设计。
1生物质燃料
生物质炉在设计的过程中受到了燃料燃烧特性的极大影响。
生物质燃料燃烧的过程是一个放热的化学反应过程，除了要具备燃料这一要素之外，还需要有充足的热量传递以及相应的空气，通过燃料和空气之间的热量、质的传送，达到燃烧的目的。在燃料燃烧的过程中会使周围的温度升高，加快传质，进而加速了热量的产生。
生物质燃料的燃烧过程有预热、干燥、挥发、分解析和焦炭的燃烧几个阶段。生物质燃料被引燃后，其表面温度会随着燃烧慢慢升高，燃料中的水分也慢慢的蒸发掉，进而使燃料变得更加干燥，变干燥的燃料再继续的进行吸热、温度持续升高，达到一定程度，燃料会发生分解的现象，析出的挥发物气体在空气混合后形成新的混合物，这一种混合物含有一定的氧气和挥发物的成份，在一定的温度和浓度的条件下，挥发物着火燃烧，进而为之后的焦炭燃烧提前做好准备[2]。燃料表面燃烧释放热量，不断积聚升温，并通过传导和辐射的方式，热量扩散至燃料的内层，内层挥发物由此析出，并与氧混合燃烧，进而放出了充足的热量。这个时候，挥发物会将燃料中的焦炭包围起来，由于炉膛中的氧很难与焦炭进行接触，所以，焦炭在这个时候不易燃烧，只有等到挥发物的成份慢慢减少，氧气可以和焦炭接触时，焦炭才可以燃烧。在焦炭慢慢燃烧的过程中，燃烧产生的灰分会再次包裹燃烧剩余的焦炭，进而影响着焦炭的燃烧，这时需要对其进行搅动或者对生物质炉进行通风，以使剩余的焦炭更好的燃烧，灰渣中会产生余碳。
2对直燃式生物质炊事采暖炉的设计
民用的生物质采暖炊事炉由料仓、烟囱、挡火板、水套、烟道、二次进风口、风门、出灰口以及炉膛燃料组成。
2.1 二次进风口的设计
生物质燃料中含有的氢和挥发份的含量都比煤炭中的含量要多，其中的碳和氢相结合，形成碳氢化合物，这种碳氢化合物的分子比较低，在温度达到250度时就可以进行热分解，在325度时热分解就相当的活跃，达到350度时，挥发份就能析出将近80%，挥发份的析出燃烧时间不长，只占了总燃烧时间的10%[3]。所以，如果对其的空气供应不足就会使挥发物无法燃烧殆尽，通常出现的黑色或者是农黄色的烟就是这样形成的，因此，在对生物质炉进行设计的时候，要充分考虑对挥发份空气的供给，在炉膛口的周围以及炉口壁的部分设计二次进风口，确保空气的充足，帮助挥发份的燃烧。
2.2 延长烟道燃烧回程的办法
对生物质炉的烟道进行设计时，要尽量延长烟道的燃烧回程，这主要是因为挥发份析出量过大但是燃烧时间却很短的缘故，将烟道的燃烧回程延长，能够最大限度的给挥发份的燃烧提供更多的时间和空间，进而使生物质燃料得到充分的利用。目前运用的最多的延长烟道燃烧回程的办法是对燃料进行反烧。
2.3 一次进风口的设计
生物质燃料相较于煤炭来说，更容易被引燃，因此在生物质燃料燃烧时可以适当的减少空气量的供给[4]。另一方面，当挥发份被慢慢的析出并且燃烧殆尽后，会产生焦炭，这种焦炭是一种较为疏松的状态存在的，经由气流运动部分的炭粒被送入到烟道中，并在烟道中蓄积成黑絮，这个时候如果通风太过会妨碍燃料的燃烧，所以，在对生物质炉具进行设计时，要将一次进风口设计小点。
2.4 水套的设计
在对烟道的水套进行设计时，应该尽量设计大面积的水套，这是因为挥发份在燃烧时会造成烟道内部的温度升高，因此，大面积的水套会使生物质炉的取暖效果更好。
2.5 生物质成型燃料的使用
由于生物质中的碳含量较低，密度不高以及质地松软的特性，所以生物质很容易燃烧，在燃烧的过程中要定时的向炉内填料，而致密成型设备在燃烧过程的应用，会把结构松散的生物质进行压缩，不仅可以解决生物质燃烧过程中需要不断填料的问题，还使燃料的存储和运输更加的便利。
2.6 防止燃烧结焦现象出现的办法
生物质燃料中含有较多的钾元素，在生物质燃料燃烧的过程中，达到一定的温度条件，氧化钾会以熔融状态存在，并且与硅、钙等混合，这种混合物在温度较低的情况下结成焦块，这些结焦块会阻碍炉灰的顺利排放和空气的供给。如果将炉膛内侧的水套设计成大面积，可以适量降低燃烧过程中产生的温度，进而起到防止燃烧结焦现象的产生。
3结束语
随着我国经济的发展，人们生活水平也在这一过程中不断地得到了提高，因而人们对生活的质量，也提出了新的要求，人们希望生活的环境更加环保、更加经济、更加健康，因而追求一种更为环保的炉具设计，以此来减轻传统煤炭燃料带来的环境污染问题。生物质燃料相较于传统的煤炭燃料来说，具有环保经济适用的特点。通过对生物质燃料特性的介绍以及对设计生物质炉的具体方法作简要的分析，为我国生物质炉在生活当中普及提供一定的依据，进而推动我国经济的迅速健康的发展。
参考文献
[1] 刘圣勇，连瑞瑞，王晓东等.制冷炊事兼用生物质成型燃料炉具的设计[C].//全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集.2011：315-319.
篇5
水垢是一种牢固附着在金属表面上的沉积物，它对锅炉的危害主要有以下几点：①水垢能造成锅炉受热面损坏。水垢的导热性能很差，1mm的水垢相当于20mm后的钢板，在有水垢时，要达到无水垢相同的炉水温度，受热面管壁的温度必然要提高，当温度超过金属所能承受的允许温度时，就会引起鼓包和爆管事故。②锅炉金属表面覆盖水垢时，破坏了正常的锅炉水循环，容易引起炉管过热，同时引起沉积物下的腐蚀。③浪费燃料，由于水垢的导热性很差，燃料燃烧放出的热量不能有效地传给水，造成排烟温度升高，降低了锅炉的热效率，1mm的水垢浪费燃料3%-10%，不利于节能和环保。论文大全。④降低了锅炉的出力。⑤锅炉结垢，须经常洗炉，既影响正常的生产，游耗费大量人力、物力、同时降低锅炉使用寿命。水垢危害极大，但是热水锅炉的水垢与蒸汽锅炉的水垢结生的机理不同，蒸汽锅炉内的水垢是由于锅炉内的水质不合格造成的，而热水锅炉结生的水垢一方面来源于锅炉水，另一方面来源于管网系统的腐蚀。热水锅炉采暖系统的水主要存在于管网和用户这个大的循环系统中，因此，对于热水锅炉，在保证给水合格的条件下，加强停炉期间锅炉系统的保养，能够有效防止热水锅炉的结垢。
热水锅炉内的沉积物主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物构成。人们通常把淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物三者称为污垢，它们的来源主要是系统内的水循环到锅炉内造成的。论文大全。
污垢一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状的氢氧化物、杂质碎屑、腐蚀产物、菌藻的尸体及粘性分泌物等组成。这些物质本质是不会形成硬垢的，但是，它们在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，这样就加速了CaCO3析出结晶的过程。当存有这些物质的水流经锅炉受热面时，容易形成污垢沉积物，特别是流速慢的部分（如水冷壁管）污垢沉积物更多，这种沉积物体积较大，质地疏松稀软，故称软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因。当防腐措施不当时，锅炉受热面经常会有锈瘤附着，其外壳坚硬，内部疏松多孔，且分布不均。它们常与水垢、微生物、粘泥等一起沉积在受热面上。这种锈瘤状的腐蚀产物除了影响传热外，在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，加速了锅炉水垢的生成。
热水锅炉的采暖系统主要是由金属制造的，在非采暖期的大部分时间里，由于忽视保养或保养不当，整个系统一直在进行着以下几种腐蚀：
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蚀：锅炉运行时，地下水中的溶解氧的浓度一般小于0.1mg/l,通过加热，热水系统中氧的浓度几乎为零，氧对于锅炉的腐蚀非常小。停炉后，由于采暖系统内缺水，整个系统内部处于潮湿的环境中，金属表面附着一层水，水中O2和CO2的浓度迅速增大，金属本身受到O2和CO2的腐蚀加快，铁的腐蚀产物增加。
?腐蚀产物引起的腐蚀：铁锈和氧气一样，可以作为腐蚀反应的去极化剂，其总的反应如下：
3微生物引起的腐蚀：由于微生物排出的黏液与无机物和泥沙杂物等形成沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此，一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当温度为25―30oC时繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀：
铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化为Fe3+,释放的能量供细菌生存需：
。
铁细菌又称沉积细菌，它能把水中的Fe2+转化为不溶于水的Fe2O3的水合物，作为其代谢作用的一部分而在水中产生大量的氢氧化铁。
铁细菌还通过锈瘤建立氧的浓差电池，从而引起钢铁腐蚀。
产黏泥细菌是系统中数量最大的一类有害菌，它能产生一种胶状的、黏性的或黏胶状的、附着力很强的沉积物，这种沉积物很容易附着在金属表面，并易引起垢下腐蚀。
藻类对采暖系统的危害也很大，蓝藻适宜在32―40℃，pH值=6―8.9的环境中生长，在润湿的条件下，繁殖特别快，蓝藻死后形成污泥。硅藻喜欢生长在光线较暗，温度较低的环境中，初春或者深秋大量繁殖，硅藻的细胞壁充满聚合的白色二氧化硅，他的繁殖是产生硅污泥的原因。
在锅炉运行时，这些腐蚀产物随着水的循环进入到锅炉内部，锅炉水中铁的化合物浓度和微生物产生的污泥浓度增加。锅炉水中铁的化合物的形态主要是胶态的氧化铁，也有少量较大颗粒的氧化铁和溶解状态的氧化铁，胶态氧化铁带正电荷，当锅炉本体局部地区的热负荷过高时，该部位的金属表面与其他部分的金属表面之间产生电位差。热负荷很高的区域，金属表面因电子集中而带负电荷，这样带正电荷的氧化铁微粒就向带负电荷的金属表面聚集，结果形成氧化铁垢，由于氧化铁垢的导热性很差，致使锅炉受热面的热负荷增大，产生的电位差增大，加快了氧化铁垢的形成。当金属氧化物达到一定的厚度时，由于炉膛的温度不能及时传递给锅炉水，结果就引起水冷壁管的爆破。微生物产生的污泥，一方面在锅炉内部形成泥垢，另一方面，也起到晶核的作用，加速水垢的生成。论文大全。因此，在非采暖期，加强采暖系统的保养，防止这些腐蚀产物的形成，能够有效防止热水锅炉结垢，对于锅炉的安全运行非常重要。
篇6
进入新世纪以来，植物油脂用途的拓展加速，被广泛用于油脂基能源产品（生物柴油、生物航空燃料油和生物油）、油脂基化工产品（表面活性剂、油漆、涂料）和油脂基材料产品。在植物油脂市场巨大需求拉动下，以生产工业油脂、芳香油或类似烷烃类原料为主的工业油料植物产业成为相对独立的门类迅速发展壮大。
1960 年，全球油脂产品产量为3000万吨，到2004年增至1.31亿吨。这一刚性增长趋势反映了油脂产品用途的拓展和需求量的增大，同时也警醒国际社会高度重视植物油料的生产。2000 年以来，我国食用植物油消费总量稳步增长，2011年达到2595 万吨，比2000 年增长44.3%，年均增长3.4%。2012 年我国消耗植物油脂达2700 万吨，其中72.2% 依赖进口维持供应。与此同时，作为国民经济命脉重要组成部分的石油工业，所需原油对外依存度也超过了60%。能源安全的形势异常严峻。开发新能源替代石油尤为迫切。2007年9月4日，国家发改委了《中国可再生能源中长期发展规划》。《规划》称，到2020 年，以能源作物为主要原料的燃料乙醇、生物柴油等生物液体燃料将达到替代石油1000万吨的能力。我国工业油料能源植物资源十分丰富、种类繁多、分布广泛，其中木本油料植物有400种。可利用的、含油率在15%~60% 的有200 种。含油率高达50%~60% 的有50 种。已经广泛应用的有30种。其余大部分还没有利用。巨大的挖掘潜力与可再生生物质能源的属性，使得工业油料植物可望成为解决能源问题的重要替换性资源。
当前，我国食用植物油脂和工业用途油脂的消费总量约4200 万吨，但利用耕地自主生产能力只有大约800 万吨。3400 万吨的缺口需要耕地约4533 万公顷。由于人口众多，我国的耕地始终是稀缺资源。据有关部门分析，近年我国粮食种植面积的预警区间为1.0 亿~1.1 亿公顷，而2011年我国粮食种植面积为1.11亿公顷，接近预警红线。为保障国家粮食安全，我国70% 的耕地必须种植粮食作物。不与口争粮，不与粮争地，是不可逾越的底线。工业油料植物大多具有野生性，耐旱、耐贫瘠，在山地、高原和丘陵等地域都能很好地生长。我国南方约有2000 万公顷的农林荒地荒山。利用这些非耕地种植油料植物，可以缓解耕地资源稀缺、实现生态重建和工业油脂资源规模化生产的有机结合。
生态环境问题一直是我国经济社会面临的一个共性难题。工业油料植物，如蓖麻、光皮树、油桐和山苍籽等，对重金属污染土地、废弃矿区和盐碱地有相当强的耐受力。目前，全国受重金属污染的土地达到1000万公顷以上。湖南是重金属污染最为严重的省份之一，因金属矿产开采等直接造成的林地污染及植被破坏有17万多公顷，受到不同程度的重金属污染威胁的耕地有106万公顷，受到较为严重的重金属污染的耕地有20 多万公顷，受重金属污染影响的湿地等水域面积则更大。大规模培育工业油料植物，在提供能源产品解决能源危机的同时，也可以治理重金属污染、改善土壤质量。另一方面，工业油料高效转化油脂基化工产品、油脂基能源产品和油脂基材料产品，相对于用石油原料生产同类产品，具有毒性低、易生物降解、适应环境强等优点，可以减少二氧化碳等温室气体排放和颗粒物质释放，达到节能减排的目的。
我国的贫困人口基本分布在丘陵山区。经济落后的重要原因是森林资源不能高效转化为市场需要的商品。生物柴油、生物油和生物航空燃料油以及油脂化工产品大规模应用于燃料油市场后，原料油的需求将大量增加。这将大大促进工业油料植物种植基地发展及农林业产品结构优化调整，迫使工业油料植物原料生产进一步扩大规模、深化拓展，逐步形成工业油料植物农业、工业油料林业和生物质燃料油生产三位一体的生物液体燃料工业体系，使之成为广大农村地区振兴地方经济的重要支柱产业，为高效农林业创出一条新路。不少从事传统农业生产的农民可以生产油脂工业品，从而为农村地区带来更多的就业机会，增加农民和林区职工收入，进一步促进农村经济发展和农民脱贫致富，缓解由农村向城市移民的浪潮，缓解城市就业压力，增强农村经济的活力。另外，工业油脂清洁高效加工新技术的推广使用，将促进油脂产品升级，引领包括生物柴油、生物油和固化剂等产品在内的工业油脂新兴产业及良种、技术、产品和加工装备产业的发展。
以上充分表明，工业油料植物产业不与粮食争地，能缓解能源危机、改善生态环境、生产高附加值产品、提高就业机会、带动新农村建设，具备了巨大的发展潜力和广阔的市场开发前景，势在必为。
（未完待续）
篇7
编译/悠悠
蚯蚓粪便有温度记忆 可帮助预测气候变化
英国约克大学和雷丁大学的科学家发现预测气候变化的“金钥匙”就隐藏在蚯蚓的粪便中。根据他们的研究发现，蚯蚓粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这种“记忆”有助于科学家预测气候变化。
研究过程中，科学家将蚯蚓放置在不同温度环境下，而后对粪便进行检测。检测结果显示粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这也就意味着通过研究蚯蚓粪便的化石样本和测试粪便内方解石的残余温度，科学家便能了解地球气候在长达数千年时间里发生的变化。
方解石是一种类似白垩的物质，它们随温度发生的变化可用于预测未来的气候变化趋势。科学家在论文中指出，在蚯蚓排便时，粪便中微小的方解石颗粒会记录下与周围环境温度有关的信息。在将蚯蚓放置在不同温度环境下进行研究之后，科学家验证了这一点。
目前，研究人员正在年代可追溯到数千年前的考古遗址收集样本，将描绘出一幅展示过去气候的图画，同时预测未来的气候变化趋势。
编译/杨孝文
地球曾有两颗卫星另一颗“夭折”
美国加利福尼亚州大学圣克鲁斯分校的月球学家埃里克·阿斯哈格教授认为地球一度拥有两颗卫星，另一颗体积较小，诞生几百万年后便“夭折”。当时，这颗卫星与另一颗卫星相撞，最后香消玉殒。在英国皇家学会9月举行的一场与月球有关的会议上，阿斯哈格将解释他的双卫星理论。
阿斯哈格指出：“第二颗卫星只存在了几百万年，随后与另一颗卫星相撞。撞击之后，地球就只剩下一颗卫星，也就是我们今天看到的月球。这颗卫星“夭折”前一直以相同的速度环绕地球运行同时与地球保持相同的距离。随着时间的推移，它逐渐接近另一颗卫星，最后发生相撞。”阿斯哈格表示，他认为月球地貌应该是两颗卫星的撞击残余。较小卫星的体积据悉只有另一颗卫星的大约三十分之一。
地球及其卫星据悉诞生于太阳系出现后的3000万年至1.3亿年之间。太阳系在大约46亿年前形成。迄今为止，科学家共发现9颗所谓的“超级地球”。超级地球是指质量是地球1到10倍的行星。
编译/杨孝文
灭绝百年“食尸苍蝇”再现踪迹
“骨骼队长”曾是空中飞行最奇特的一种苍蝇，它们对于新鲜的动物尸体并不感兴趣，而倾向于腐烂已久的大型动物尸体。不同于多数苍蝇物种，它们在冬季初期活动频繁，从11月至1月，通常在黄昏之后觅食。
罗马智慧大学研究员皮耶尔费利波·切雷蒂称，这种苍蝇已从人们视线中消失很久，一个多世纪前它们就被宣布灭绝消失。过去几年，欧洲再次发现三只“骨骼队长”苍蝇。目前，切雷蒂和同事首次确定这种苍蝇是一种“新模式标本”，为了更好鉴别它们，他将对比所有“骨骼队长”苍蝇标本。这种苍蝇物种的学名为“Centrophlebomyia anthropophaga”，1798年首次发现于德国曼海姆地区，1830年一位科学家最早对它进行了描述，但是相关的描述仅是基于他的记忆。
这种苍蝇之所以被命名为“骨骼队长”是因为它们将骨骼突出高度腐烂的动物尸体作为自己的“家”，同时，发育之中的苍蝇能够上下跳跃，因此尸体上看上去充满了这种苍蝇的幼体。切雷蒂解释称，为了能够在尸体中跳跃，骨骼队长苍蝇必须将嘴巴和尾部连接在一起，收缩背部肌肉，向上猛冲。这种昆虫在100多年前曾一度被认为灭绝消失，现在又再次重现它们的踪迹。通常这种苍蝇倾向于较大的动物尸体，其中也包括人类尸体，还以腐烂蜗牛、啮齿动物为食，研究人员还使用死鱿鱼和鸟类尸体作为诱饵吸引它们。
编译/悠悠
尿液可充当燃料发电
英国的布里斯托尔机器人技术实验室的科学家找到了一种利用尿液充当燃料进行发电的方式，成功研制出世界上第一款采用这项技术的微生物燃料电池，进而让用尿液为手机充电成为现实。科学家表示虽然很多用户在面对这种燃料时会捏住鼻子，但尿液却是一种“终极废物”，有别于飘忽不定的风能或者太阳能。
研究参与者、布里斯托尔西英格兰大学的伊奥尼斯·伊洛普罗斯博士表示，这是世界上第一款利用尿液发电的微生物燃料电池。“在此之前，还没有一个人将尿液
作为燃料。这是一项令人兴奋的研究成果。将尿液这种终极废物充作燃料发电是一种非常环保的做法。有一种产品的供应是无限的，那就是我们的尿液。利用尿液这种燃料让微生物燃料电池发电，我们可以为三星手机充电。”
伊洛普罗斯是研制利用不寻常燃料的微生物燃料电池的专家。他说：“尿液型微生物燃料电池产生的电量足以让手机收发即时短信、上网冲浪和进行简短通话。”
编译/杨孝文
神奇材料可让土壤储水一年
墨西哥化学工程师塞尔吉奥·朱斯·里克·韦拉斯克研发了一种神奇材料，能够让土壤的储水时间达到一年。这种新材料名为“固体雨”，形态与糖类似，由一种被称之为“聚丙烯酸钾”的吸收性材料构成，所能吸收的水量是其体积的500倍。不久后，生活在干旱国家的农民便有望成为这项技术的受益者，利用这种粉末状水对抗旱情，提高粮食产量。
篇8
(257)co2对褐煤热解行为的影响 高松平 赵建涛 王志青 王建飞 房倚天 黄戒介
(265)煤催化气化过程中钾的迁移及其对气化反应特性的影响 陈凡敏 王兴军 王西明 周志杰
(271)应用tg-ftir技术研究黄土庙煤催化热解特性 李爽 陈静升 冯秀燕 杨斌 马晓迅
(277)三维有序大孔fe2o3为载氧体的生物质热解气化实验研究 赵坤 何方 黄振 魏国强 李海滨 赵增立
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(285)o-乙酰基-吡喃木糖热解反应机理的理论研究 黄金保 刘朝 童红 李伟民 伍丹
(294)基于流化床热解的中药渣两段气化基础研究 汪印 刘殊远 任明威 许光文
(302)超临界水中钾对甲醛降解过程影响的研究 赵亮 张军 钟辉 丁启忠 陈孝武 徐成威 任宗党
(309)反应温度对加氢残渣油四组分含量和结构的影响 孙昱东 杨朝合 谷志杰 韩忠祥
(314)高温沉淀铁基催化剂上费托合成含氧化合物生成机理的研究 毛菀钰 孙启文 应卫勇 房鼎业
(323)pd修饰对cdo．8zn0．2s／sio2光催化甘油水溶液制氢性能的影响 徐瑾 王希涛 樊灿灿 乔婧
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(334)《燃料化学学报》征稿简则 无
(335)磷化镍催化剂的制备机理及其加氢脱氮性能 刘理华 刘书群 柴永明 刘晨光
(341)改性y型分子筛对fcc汽油脱硫性能的研究 董世伟 秦玉才 阮艳军 王源 于文广 张磊 范跃超 宋丽娟
(347)燃料特性对车用柴油机有害排放的影响 谭丕强 赵坚勇 胡志远 楼狄明 杜爱民
(356)o2／co2气氛下o2浓度对燃煤pm2．5形成的影响 屈成锐 徐斌 吴健 刘建新 王学涛
(361)铁铈复合氧化物催化剂scr脱硝的改性研究 熊志波 路春美
(367)如何写好中英文摘要 无
篇9
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美国生物质燃料产业的机遇和挑战
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2011中国国际造纸和装备博览会暨全国纸张订货交易会在桂林召开
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2020年中东地区的纸张消费量将达到2900万t
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酶处理对漂白硫酸盐蓝桉浆打浆性能的影响
改性无机粒子用作脱墨助剂
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日本特种纸概况
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Heimbach公司新增靴式压榨带系列产品
Rottneros公司将退出南非纸厂项目
加拿大Kadant公司收购筛筒供应商和相关脱水设备生产线
Technidyne公司获得FPInnovations大胶黏物测定技术授权
篇10
一、生物制氢概述
1.光解水制氢
光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。此制氢过程不产生二氧化碳。蓝细菌和绿藻均可光解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。藻类的产氢反应受氢酶催化，可以利用水作为电子和质子的原始供体，这是藻类产氢的主要优势。蓝细菌同时具有固氮酶和氢酶，其产氢过程主要受固氮酶作用，氢酶主要在吸氢方向上起作用。蓝细菌也能利用水作为最终电子供体，其产氢所需的电子和质子也来自于水的裂解。
（1）绿藻产氢
绿藻是目前发现的唯一一种既能进行光合作用放氧，又存在氢代谢途径的真核微生物。绿藻在光照和厌氧条件下的产氢由氢酶介导。这种方法的优点是耗能低、生产过程清洁无污染且作为原料的水资源丰富，引起世界各国生物制氢领域研究单位的重视。研究表明，光照条件下，氢酶所需还原力除水以外，内源性有机物（淀粉）也可作产氢还原力。对于O2对产氢酶的抑制作用，徐斐、何定兵、胥义指出运用基因工程的方法对绿藻中编码气体通道的密码子进行定点突变，最终获得耐氧性高产菌株是一个很有价值的突破点。
（2）蓝细菌产氢
蓝细菌是一种好氧的光养细菌。蓝细菌能够通过光合作用合成并释放氢气。蓝细菌的许多种属都含有能够进行氢代谢和氢合成的酶，包括固氮酶和氢化酶。固氮酶催化产生分子氢，氢化酶既可以催化氢的氧化也可以催化氢的合成，是一种可逆双向酶。
2.光合细菌产氢
光合生物产氢利用光合细菌或微藻将太阳能转化为氢能。目前，研究较多的产氢光合生物主要有蓝绿藻、深红红螺菌、红假单胞菌、类球红细菌、夹膜红假单胞菌等。
光合细菌只含有一个光合中心，相当于蓝绿细菌的PSⅠ，其所固有的只有一个光合作用中心的特殊简单结构，决定了它所固有的相对较高的光转化效率，具有提高光转化效率的巨大潜力。电子供体是有机物或还原态硫化物，所以光合磷酸化过程不放氧，且只产生ATP而不产生还原力。与绿藻和蓝细菌相比，这种只产氢不放氧的特性，可大大简化生产过程。
3.厌氧发酵产氢
暗发酵产氢是利用厌氧产氢细菌在黑暗、厌氧条件下将有机物分解转化为氢气。目前，认为厌氧细菌产氢过程可通过丙酮酸产氢途径、甲酸分解产氢途径、通过NADH/NAD+平衡调节产氢途径等三条途径实现，丙酮酸产氢途径和甲酸分解产氢途径有时也称为氢的直接产生途径。
二、存在的问题及研究方向
1.光解水制氢
除了存在与光合细菌产氢相同的问题之外，藻类光解水产氢还存在氧气对产氢酶的抑制作用以及光转化效率低两个方面的主要障碍应主要集中在以下几个方面开展研究：利用基因工程改造、培育耐氧菌株，克服绿藻光合产氢的同时产生氧气的瓶颈问题；通过基因工程改进产氢菌株提高其光转化效率，同时研究开发新型光合生物反应器提高反应器的光传导效率，提高光转化效率。
2.光合细菌产氢
如何缩短光合细菌的产氢时间，提高光转化效率、改善光合细菌氧的耐受程度原料成本太高是目前光合细菌产氢所面临的问题。光合细菌产氢可利用的原料范围广泛，针对不同的原料筛选高效产氢菌株是提高光合细菌产氢效率的重要途径。
3.厌氧发酵产氢
原料转化效率偏低、产氢速率偏低是目前厌氧发酵产氢的主要问题。运用分子生物学手段对菌种及产氢过程的关键酶进行改造，提高关键菌株的产氢效率是值得研究的方向。利用代谢工程手段等现代生物技术手段对产氢细菌进行改造的研究目前在生物制氢领域还没有展开，是很值得深入研究的方向。通过细菌的代谢工程改造和控制，将是突破暗发酵制氢低转化率的重要突破口。
总之，生物制氢是解决能源危机，实现废物利用，改善环境的有效手段，将拥有广阔的社会和经济前景。为此，本着独立自主、勤俭办一切事业的精神加快生物制氢技术研究与开发的步伐，是时展的必需。
参考文献：
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1. 2“授之以渔”而非“授之以鱼”
建立起系统的专业知识体系，是大学生学习的一个重要任务。为了使学生能够更好地构建自己的知识体系，必须帮助学生培养适合自己的学习方法，即“授之以渔”。在教学过程中，通过对不同的技术进行纵向和横向的对比研究，对热门技术的发展与改进历程进行梳理，与学生一起总结相关内容的内在联系与共性规律等一系列的教学活动，让学生认识到知识的获得有章可循，进而帮助学生找到适合自己的学习方法。
1. 3兴趣是最好的老师
兴趣是学生学习的最主要动力。兴趣的培养可以通过榜样的力量来实现。比如，在课堂上可以适时地向同学们介绍一些相关领域的牛人事迹、科研成果，让学生认识到自己所学专业知识的重要性;在学校召开国际会议/学术研讨会期间，鼓励学生担任会场的服务工作，让学生近距离接触科研实际，切实地感受到专业对人才的需求，提高学生的专业荣誉感与责任感。
2 明确教学目标、合理设计教学内容
生物质化工为一门新兴的专业课，是与浙江科技学院化工专业特色紧密结合的。目前，全国范围内仅有少数高校开设了生物质化工专业方向，在选择教材时发现，还没有一本与“生物质化工”同名的书籍，因此，无论对教学目标还是对教学内容都需要进行探索。
在培养目标方面，结合行业人才需求和专业认证对学生的毕业要求，制定下列教学目标:
1)熟悉生物质化工技术的基本原理、工艺路线及技术参数;
2)明确生物质化工技术目前存在的问题及将来的发展方向;
3)具有较好的自学能力、分析问题和解决问题的能力;
4)具有从事生物质化工技术、生物质能源及生物质材料等的开发设计和科学管理的初步能力。
教学内容的选择不局限于一本教材，要体现多元化、前沿化、实用化的课程体系，主要包括课程的基本知识的讲授、问题研讨和探究性项目三部分redlw.com。
课程的基本知识分成12章内容，分别是:1)概述;2)生物质直接燃烧技术;3)生物质压缩成形和炭化技术4)生物质热解技术;5)生物质液化技术;6)生物质气化技术;7)沼气发酵及重整技术;8)生物质制氢技术;9)生物质燃料乙醇和燃料甲醇技术 10)生物柴油技术;11)生物质制备平台化合物技术;12)城市固体废弃物能源处理技术。
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燃天然气 冷热电联供分布式能源系统项目具有节约能源、改善环境、提高供能质量、增加电力供应，应对突发事件等综合效益，是城市治理大气污染、调整燃料结构和提高能源综合利用率的必要手段之一，是提高人民生活质量、全面建设小康社会的公益性基础设施，是建设节约型社会的重要措施，符合国家可持续发展战略、节能中长期专项规划和中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）。
分布式能源发展
中国电机工程学会热电专业委员会1999年的济南年会、2000年的宁波年会、2001年的重庆年会和2002年昆明年会中均有一些学术论文积极宣传、推广小型全能量系统，实现小型热、电、冷联产。2002年9月份热电专委会还专门在南京召开“天然气在热电联产应用专题研讨会”。2003年海口年会论文集，2003年12月又在上海召开分布式能源热电冷联产研讨会，出版论文集并提出“关于发展分布式能源热电冷联产的建议”。2004年10月在北京与国际分布式能源联盟共同主办了“第五届国际热电联产分布式能源联盟年会”。
分布式能源发电是以“效益规模”为法则的第二代能源系统，它是工业文明时期以“规模效益”为法则的第一代能源系统的发展与补充，特别是以天然气为燃料的分布式发电，实行热电冷联产，可以大幅度提高能源转换效率与减少能源输送损失。针对我国天然气供应不足，天然气对于发电来说，重点要转到分布式发电系统，而不宜多用于大型燃气蒸汽联合循环发电。随着我国天然气在能源利用中比重的不断增加和天然气管网的建设，以及规划了不少的引进LNG项目，还有风能、太阳能、生物能源发电的兴起，使容量在数千瓦到5万千瓦的分散在重要用户附近，向一定区域供应电力、热力和冷源的分布式供电系统也逐渐的增加。
一批燃气－蒸汽，热、电、冷联产的机组开始在上海、北京、广州等大城市出现。到2004年，在上海已建成8项6528kw，连同计划建设的共13项16808kw；北京市已建3项5467kw，连同拟建的共14项66285kw，还有广州2项1847kw，连同拟建共11项67257kw等等。上海市、北京市还组织力量制订了“上海市燃气空调、分布式燃气热电联产系统发展规划”及编制了“建筑物分布式供能系统的可行性研究报告” 、“分布式能源系统工程技术规程”。北京市也组织起草相关文件，组织对分布式发电接入电力系统的技术规定的研究，编制了《北京市燃气冷热电联供分布式能源系统技术要点》（讨论稿），为分布式供电系统顺利健康发展准备条件。据不完全统计目前我国分布式能源装机总容量已近 500万千瓦。
分布式能源总的情况
序号
地区
已投产的工程
将投产的工程合计
1
上海市
8项工程总计6528KW
共13项工程
总计10624KW
2
北京市
3项工程总计5467KW
共14项工程总计51282KW
3
广东省
2项工程共计1847KW，另有柴油内燃机改造216万KW
共15项工程总计90877kw另有柴油机内燃机改造216万KW
4
其他省、市、区
胜利油田胜动机械集团生产的燃气内燃机已销往全国29
个省市的煤气，瓦斯气、焦化尾气、沼气、炭黑气、油田页岩气、酒精气等发电市场已投产的共152万KW
该厂在建的分布式电源尚有12.5万KW合计将有164.5万KW
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按照现在的说法，以目前的石油勘探技术、理论、观念，在本世纪后期，常规石油就走到顶了，没了。但这个“没了”，也不是个绝对的概念。为什么呢？因为有些地方按照原来的勘探技术还没有去找，随着勘探程度的增加，又有可能会发掘新的石油资源。但不管怎样，似乎现在大家都认可，常规石油已经快走到尽头了。那么下面怎么办？石油完了以后，怎么办？在这种背景下，既然常规有机成因说快走到头了，那么无机成因说的观点自然会引起人们的强烈关注。
要我来看，人对能源的问题，不是没有出路的。随着的科学技术发展、观念的转变，人类必然会找到未来所需要的能源资源。但是这个转变，是个漫长而艰辛的过程。上世纪二、三十年代，西方学者认为中国是贫油的。为什么贫油？因为国外大量的石油出在中、新生代海相碳酸盐岩地层中，但中国以古生代为主的海相地层，时代老、有机质含量低、热演化程度高，难以形成巨型油藏。我国老一辈科学家们，从玉门开始，经过长期艰苦卓绝的努力，提出了“陆相生油理论”。指出，不仅海相地层可以生油，陆相地层也可以生油。大庆油田的发现，更表明陆相地层不仅能形成油田，还能形成大油田。经几代人不懈努力奋斗，提出和发展的“中国陆相生油理论”，指引了中国石油工业勘探开发的前进方向。陆相石油理论打破了“中国贫油”的谬论，支撑了中国石油工业五十多年的飞跃发展。
回过头来，我们再看看中国古生代海相油气问题。如果说，中国海相地层难以形成大油田，哪么能否形成大气田呢？
中国海相碳酸盐岩的油气资源前景，一直是人们普遍关注的热点和难点问题。它直接影响着我国油气勘探的战略部署和勘探投入。迄今我国油气资源开发主要集中在埋藏较浅的陆相地层中。后备资源严重不足。世界范围内，诸多大油气田均产于中、新生代的海相碳酸盐岩中。但问题在于中、新生代时期，中国大陆经受了强烈的构造运动，形成了极为复杂的地质格局，对油气的形成、演化和分布产生了巨大的影响。
天然气的特殊物理化学性质、多种成因类型和来源，使得它与石油既有一定的联系，但其生、运、聚、保又与石油存在巨大的差异。从天然气的特殊性质的角度，研究海相碳酸盐岩的成气机制（而不是成油机制）和运移、聚集特征，或许会使我们对我国碳酸盐岩有新的认识。中国高演化的海相碳酸盐岩地区，应以寻找天然气为主要勘探方向。普光和塔河大气田的发现，为此提供了强有力的证据。由于观念、理念的转变，我们的天然气产量提高了，占的比重越来越大，大家都在用啊！
我们再来谈谈非常规油气资源。应该说“常规”和“非常规”是一个相对的概念。按现行理论、勘探开发技术和工艺，可大规模生产的就是常规。非常规油气则是指，尚缺乏坚实的理论基础，或缺乏成熟的勘探技术和工艺途径，尚不能大规模生产，但又显示了巨大资源前景的油气资源。比如，深层天然气、煤层气、致密岩气、水溶气、天然气水合物，以及非生物成因天然气等。当前，被世人称之为“页岩气革命”的页岩气勘探开发问题，也引起广泛的关注和兴趣。页岩气开采的确使美国能源结构发生了巨变。但是，能否在世界其他地区复制，尚存在很大疑问。中国页岩气赋存的地质条件与美国大相径庭。现行资源潜力调查和评价精准度改善，开发工艺技术水平效率的提高，以及减少大量水资源消耗、相应的环境安全和开采成本等，均是需冷静思考和认真研究、解决的关键科学技术问题。
人们常谈到氢气是清洁、高效、无污染的能源（氢气燃烧释放大量能量，仅产生水）。就此而言，氢气可作为能源。但在自然界能否形成独立的能源资源，却又是另一回事。自然界氢气含量极低，不可能聚集成为资源。如果认为自然界存在巨量的水就是氢气资源，这在概念上是非常错误的。因为从水制氢必须消耗大量的其它能源，比如，太阳能、核能、电能、天然气等能源。因此，确切地说氢气不是能源资源，而仅仅是能量载体。现今，氢气用做能源必然以消耗其它能源为代价，人类进入氢能源时代尚为时过早。“氢燃料电池”出现固然可减小城市大气污染，但不能减少制氢所消耗的能源和可能污物排放问题。世界上从来就没有免费午餐。
记：那您觉得氢动力汽车有可能成为一代产品吗？
王：氢动力是可以的，问题是怎么制氢。城市里面开出几辆氢动力汽车很时髦，看起来也挺好的。但这种情况下，你就得消耗别的地方的能源资源，消耗别的地方的环境质量，来得到你所谓的城市发展、清洁。
记：我觉得您有很强的怀疑精神，您的学问做得有点老子说的“恍兮惚兮”的感觉，不确定性非常大。
王：人类认知自然过程本来就是从无知到有知，由不确定趋向于较确定。
记：从科学原理、科学实验上讲，您对石油无机成油论是持赞成态度呢还是否定态度？
王：早在20世纪70年代初期，我就开始关注、思考“非生物成因烷烃理论”，相继开展了有关非生物成因天然气的野外考察、实验室分析测试和理论研究，积累了较丰富的基础资料，至今已40多年了。
记：对非生物成因油气这一重大科学问题，您是如何开展科学研究工作的呢？
王：根据对“原始非生物成因烷烃理论”的基本认识和理解，以及由此而拓展的相关地球科学问题开展了大量的研究工作。比如，太阳系形成演化和地球原始（前生命）有机质的特征、丰度和演化；地球深部甲烷等烃类的热力学稳定性；地幔流体（气体）的化学组成和氧化-还原特征；地球内部高温、高压和不同氧逸度条件下C-H-O流体体系的组成与演化；地幔脱气作用与地壳烷烃的赋存状态、运移和聚集特征等诸多科学问题。
记：您这项研究至少可以证明有一部分天然气是无机成因的？
王：是的。世界众多地区的观察结果（包括我们的结果）表明，非生物成因烷烃气体广泛存在于众多地质环境中，但能否形成有商业价值的天然气藏，是广泛关注和引发争论的焦点。我们同大庆油田的郭占谦教授自上世纪90年代开始，并持续至今的合作研究成果，表明非生物成因烷烃能够聚集形成商业天然气藏。可以说，中国松辽盆地非生物成因天然气藏的发现和确证，为研究和寻找非生物成因天然气资源，提供了一个典型实例。
记：天然气的无机成因说我看学术界好像基本上达成共识了。
王：非生物成因石油和天然气能否成为油气资源，这是世界学术界和油气勘探部门争论逾百年的科学难题。要达成“共识”，尚为时过早，也许会永远如此。不过虽争论不休，但也不断取得了诸多重要进展，对此理论的关注已波及诸多学科领域。
记：您觉得什么原因导致在勘探开发这个实践中，对非生物成因油气学说重视不够？
王：事实上对有机成因论的不断深入研究亦重视不够。如，我们前面所谈及的非常规天然气（深层天然气、煤层气、致密岩气、水溶气、天然气水合物等）。
记：您在中科院兰州地质所工作，这个所原来的主要研究方向是什么？
王：早年主要研究陆相生油理论及其在勘探实践中的应用，上个世纪60年代至今主要研究天然气成因理论及其在勘探实践中的应用。
记：那你们跟油田联系应该非常紧密了？
王：是的。通过与油田合作，承担他们的科研和勘探任务，我们与诸多油田建立了长期密切的合作关系。
记：我看过您的简历，您当过这个所的所长，在您当所长期间，在您力所能及的范围之内，对改变科学研究方向、目的和风气能起多大作用？
王：可以说是无能为力。因为涉及传统观念和理论的强有力约束，也涉及科研任务、科研经费、甚至科研人员升职、工资、就业等社会环境因素的制约。
就非生物成因气研究而言，探索性太强、争论太大，让学生介入的风险自然就很大，因此，我基本不让他们参与其中。仅让他们知道我在干什么，或参与野外考察采样，做些实验分析等。
我的学生进来后，我首先要考虑的是他们自身的兴趣和爱好，特别是毕业后的就业问题。在这种背景下，帮助他们选择和确定研究方向和选题，通常是给他们半年左右的时间查阅国内外文献，根据选题写出综合评述报告和研究方案。要求他们不要罗列文献，而是要有自己的观点，凝练出学位论文要解决的科学问题。这样一来他们对自己如何完成学位论文已心中有数，他们所了解和掌握的相关知识已远胜于我。在完成学位论文中，他们既有兴趣又有信心，我也乐得轻松、省事。
记：那您的学生当中有人接受您的无机成因气的理论吗？
