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油品固定化細(xì)胞脫硫研究進(jìn)展

文檔作者：羅明芳高紅帥李玉光邢建民李信劉會(huì)洲文檔來源：中國(guó)科學(xué)院研究生院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所中國(guó) 農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月15日
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·1986·
化 工 進(jìn) 展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2009年第28卷第1 1期
油品固定化細(xì)胞脫硫研究進(jìn)展
羅明芳 ，高紅帥 ，李玉光 ，邢建民 ，李信3 劉會(huì)洲
( 中國(guó)科學(xué)院研究生院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，北京100049； 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所，北京100190； 中國(guó)
農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081)
摘要：發(fā)展固定化技術(shù)實(shí)現(xiàn)油品的生物深度脫硫，可以提高生物催化劑的穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化油水分離工藝和生物催
化劑的回收工藝，降低生物催化劑的生產(chǎn)成本，對(duì)促進(jìn)油品生物深度脫硫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。本文
綜述了固定化細(xì)胞油品生物脫硫方法及固定化反應(yīng)器研究進(jìn)展，指出了目前存在的問題及可能的解決方案，并對(duì)
油品生物脫硫技術(shù)今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望
關(guān)鍵詞：二苯并噻吩；固定4b；生物反應(yīng)器；生物脫硫；油品
中圖分類號(hào)：TQ 033 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—6613(2009)11—1986—05
Research advances in biodesulfurization of petroleum feedstocks by
immobilized cells
LUO Mingfang ，GAO Hongshuai 2，Li Yuguang 。 。，XING Jianmin ，LIXin ，LIU Huizhou
( Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China： Institute of Process Engineering，
Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China． Graduate School of Chinese Academy ofAgricultural Sciences
Beijing 100081，China)
Abstract：W hO1e cell immobilization can improve the stability of biocatalysts， simplify the separation
process of oil and biocatalysts from the aqueous medium ， and then lower the production costs of the
biocatalysts．Therefore， the immobilization technique is of great importance for accelerating the
industrialization process of deep biodesulfurization of petroleum feedstocks．The development of whole
cell immobilization methods and reactors for biodesulfurization of petroleum feedstocks are reviewed．
Current problems existed and corresponding suggestions are discussed．
Key words：dibenzothiophene：immobilization bioreactor；biodesulfurization；petroleum feedstocks
隨著世界石油資源短缺，高硫石油加工量逐年
增加，環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，超低硫清潔汽柴油的生
產(chǎn)已成為當(dāng)今煉油廠面臨的重大難題Il J。生物脫硫
(即微生物催化脫硫，簡(jiǎn)稱BDS)能在溫和的條件
下選擇性脫除加氫脫硫技術(shù)難以脫除的含硫稠環(huán)類
化合物f如 苯并噻吩(DBT)及其烷基取代化合
物]，且對(duì)燃料的熱值影響很小。從能源和環(huán)保兩方
面綜合考慮，微生物催化脫硫是實(shí)現(xiàn)超低硫石油產(chǎn)
品生產(chǎn)的最有效的技術(shù)之一，有望與加氫脫硫技術(shù)
耦合實(shí)現(xiàn)超低硫清潔汽柴油的生產(chǎn)要求。
目前，限制油品BDS技術(shù)工業(yè)化的主要因素除
了活性和脫硫特異性之外，從工程的角度來說主要
問題是反應(yīng)器設(shè)計(jì)及高的水油比和生物催化劑成
本 J。BDS過程是一個(gè)好氧、多酶、多相(油／水
／生物催化劑)反應(yīng)體系，并且需要輔因子的參與。
就BDS催化劑而言，采用固定化細(xì)胞比采用游離細(xì)
胞、粗酶或純酶的優(yōu)勢(shì)非常明顯。一方面，細(xì)胞固
收稿日期：2009—04—16；修改稿日期：2009—05—16。
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(20606036)、中國(guó)科學(xué)院“優(yōu)秀博士學(xué)
位論文、院長(zhǎng)獎(jiǎng)獲得者科研啟動(dòng)專項(xiàng)資金”及中國(guó)科學(xué)院院 B類基金。
第一作者簡(jiǎn)介：羅明芳(1972一)，女，博士，副教授。聯(lián)系人：劉會(huì)
洲，博士，教授。電話010—62554264；E—mailhzliu@l~ome．ipe．a(chǎn)c．cn。
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第l1期 羅明芳等：油品固定化細(xì)胞脫硫研究進(jìn)展 ·1987·
定化可以簡(jiǎn)化反應(yīng)后期油品及生物催化劑的回收問
題，提高生物催化劑的有機(jī)溶劑耐受能力和酶活穩(wěn)
定性，實(shí)現(xiàn)生物催化劑長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)穩(wěn)定使用，從而
降低生物催化劑的生產(chǎn)成本。另一方面，固定化細(xì)
胞的使用還可能降低水／油比，從而減少反應(yīng)后廢水
的分離和處置費(fèi)用L4Io1】。因此，固定化細(xì)胞是油品
BDS技術(shù)工業(yè)化的最佳形式， 已成為近年來油品
BDS技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于BDS
技術(shù)研究進(jìn)展的綜述很 z_ 8-101，但未見BDS固
定化細(xì)胞研究進(jìn)展綜述。本文從固定化細(xì)胞的方法
和反應(yīng)器等方面對(duì)脫硫的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
1 包埋法固定化細(xì)胞脫硫
就微生物細(xì)胞固定化而言， 目前常用固定化方
法主要有包埋法和吸附法兩種。包埋法是將微生物
細(xì)胞截留在水不溶性聚合物凝膠的網(wǎng)絡(luò)中，從而使
微生物細(xì)胞固定化。包埋材料可分為天然高分子多
糖和合成高分子化合物兩大類。天然高分子多糖包
括瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉等，其中應(yīng)用最多的是
海藻酸鈉和卡拉膠。它們具有固化、成型方便，對(duì)
微生物毒性小，固定化細(xì)胞密度大，可生物降解等
優(yōu)點(diǎn)。合成高分子化合物有聚乙烯醇(PVA)、聚
丙烯酰胺、光硬化樹脂等。它們的突出優(yōu)點(diǎn)是抗微
生物分解性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定。但
聚丙烯酰胺和光硬化樹脂聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成條件比
較強(qiáng)烈，對(duì)微生物的損害較大，而且成型的多樣性
和可控性不好。適用于細(xì)胞固定化的光硬化樹脂聚
合物一般尚未商品化，且固定化的操作條件也較嚴(yán)
格。PVA作為新型的微生物包埋載體，具有強(qiáng)度高、
化學(xué)穩(wěn)定性好、抗微生物分解性能強(qiáng)、對(duì)微生物無
毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)【l 。
目前，在包埋法固定化細(xì)胞脫硫研究中，選擇
的固定化介質(zhì)主要是海藻酸鈉[12-15]和PVA【l 。通過
改變海藻酸鈉或／和PVA濃度、細(xì)胞濃度、操作溫度
等固定化條件進(jìn)行篩選、優(yōu)化，可以提高固定化細(xì)胞
的脫硫活性、穩(wěn)定性及可操作性。Hou等 以海藻酸
鈉作為包埋介質(zhì)，研究了固定化條件對(duì)Psudomonas．
stutzeri UP一1脫硫活性的影響，通過中間活化將固定
化細(xì)胞的壽命提高到600 h。彭雅娟等【l 3】采用正交法
對(duì)海藻酸鈉包埋固定化Gordon~sp．WQ一01A進(jìn)行
了條件優(yōu)化，并在發(fā)酵罐中考察了固定化wQ一01A
細(xì)胞對(duì)不同硫濃度模擬油脫硫的影響，40 h能完全
降解初始濃度0．5 mmol／L的DBT，且當(dāng)DBT初始
濃度提高l0倍時(shí)，降解時(shí)問只提高了2．5倍。Naito
等? 考察了在模擬油(DBT溶于十四烷烴)中分別
采用海藻酸鈉、光交聯(lián)樹脂預(yù)聚體(ENT-4000和
ENTP．4000)和尿烷預(yù)聚體(PU一3和PU一6)作為載
體時(shí)，對(duì)脫硫菌Rhodococcus．erythropolis KA2．5—1
進(jìn)行包埋固定化后，不同包埋載體對(duì)固定化細(xì)胞脫
硫活性的影響。結(jié)果表明，最佳的固定化載體為光
交聯(lián)樹脂ENT．4000。所用固定化細(xì)胞直接同模擬油
相接觸，不另外加入水相，每脫硫一次將固定化細(xì)
胞在培養(yǎng)基中活化20 h。如此重復(fù)批次脫硫，脫硫
與活化總時(shí)間為900 h左右。同游離細(xì)胞相比，固定
化細(xì)胞的活性減小，相關(guān)數(shù)據(jù)未見報(bào)道。
包埋法固定化細(xì)胞油品脫硫時(shí)，通過包覆、減
小固定化細(xì)胞粒徑、添加表面活性劑等方法可強(qiáng)化
相際傳質(zhì)過程(即硫化物從有機(jī)相到微生物細(xì)胞表
面)。羅明芳等u 8】采用聚氨酯親油膜對(duì)海藻酸鈣固
定化尸．delafieldiiR一8細(xì)胞進(jìn)行包覆，改善了固定化
細(xì)胞在油水相中的分散性，提高固定化R．8細(xì)胞的
脫硫活性，同時(shí)提高了油水比及固定化細(xì)胞的機(jī)械
強(qiáng)度。Li等u 采用gas jet extrusion technique制備得
到粒徑為1．5 mill左右的海藻酸鈉固定化P．delafieldii
R．8細(xì)胞，減小了固定化細(xì)胞粒徑，有效提高了底物
及氧的傳質(zhì)過程。與粒徑為4 inin固定化細(xì)胞相比，
脫硫活性提高了40％。Li等 還通過加入0．5％非離
子表面活性劑Span一80，將固定化細(xì)胞的脫硫活性提
高了80％。但是，與游離細(xì)胞相比，固定化導(dǎo)致細(xì)
胞脫硫活性一定程度的降低。另外，對(duì)于油品生物
脫硫而言，磷酸鹽的存在會(huì)影響脫硫菌的生長(zhǎng)及所
得細(xì)胞脫硫活性。當(dāng)磷酸鹽濃度小于100 mmol／L時(shí)，
隨磷酸鹽濃度增加，細(xì)胞生長(zhǎng)速率增加，所得細(xì)胞
脫硫活性增加【l引。由于海藻酸鈉固定化細(xì)胞在磷酸
鹽存在下穩(wěn)定性較差，因此單一的海藻酸鈉并不是
油品生物脫硫細(xì)胞理想的固定化載體。
PVA作為新型的微生物包埋載體，具有強(qiáng)度高、
化學(xué)穩(wěn)定性好、抗微生物分解性能強(qiáng)、對(duì)微生物無
毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但PVA固定化細(xì)胞的成型困
難。為此，馬挺等 ]采用PVA和海藻酸鈉混合介質(zhì)
共固定化方法以改善固定化細(xì)胞的成型條件及強(qiáng)
度。固定化最佳操作條件為4℃交聯(lián)，8％ PVA和
2％海藻酸鈉混合，細(xì)胞在膠液中的濃度為0．1 g／mL，
氯化鈣含量為2％，此時(shí)固定化細(xì)胞不但具有良好
的脫硫性能，而且脫硫重復(fù)性好，其壽命可以達(dá)到
250 h以上。固定化細(xì)胞在3次循環(huán)后能使模擬柴油
中的DBT含量從0．5 mmol／L降至0．011 mmol／L，總
脫硫率達(dá)到93％。同樣條件下能將精制柴油的硫含
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·1988· 化 工 進(jìn) 展 2009年第28卷
量由340mg／L降到42mg／L，總脫硫率為87．64％。
結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果及作者自己的研究經(jīng)驗(yàn)【l圳，
作者認(rèn)為目前包埋法固定化細(xì)胞脫硫仍存在如下問
題：①與游離細(xì)胞相比，包埋法固定化細(xì)胞的活性
都會(huì)有不同程度的降低；② 固定化細(xì)胞的壽命不足
以滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求，同時(shí)需進(jìn)一步提高固定化
細(xì)胞的單次脫硫時(shí)間，減少活化時(shí)間。可能的解決
的方案有：① 開發(fā)微米級(jí)(幾十微米到幾百微米)
包埋法固定化細(xì)胞制備技術(shù)，通過減小固定化細(xì)胞
的粒徑強(qiáng)化傳質(zhì)過程(包括溶氧和硫化物等)；②
改善固定化細(xì)胞的親水親油性，提高硫化物及脫硫
產(chǎn)物的傳質(zhì)過程；③優(yōu)化固定化細(xì)胞脫硫條件，最
好采用在線活化技術(shù)，而不是間歇活化技術(shù)，從而
減少活化時(shí)間，簡(jiǎn)化脫硫工藝；④進(jìn)一步篩選或合
成合適的載體，提高固定化細(xì)胞的強(qiáng)度及使用壽命。
另外， 由于油品的生產(chǎn)規(guī)模一般很大，因此，需開
發(fā)快速、價(jià)廉的大規(guī)模固定化細(xì)胞制備技術(shù)。
2 吸附法固定化細(xì)胞脫硫
吸附法固定化細(xì)胞的原理是利用載體和細(xì)胞表
面所帶電荷的靜電引力，使細(xì)胞吸附于載體上。該
法操作簡(jiǎn)單，固定化過程對(duì)細(xì)胞活性影響小。通常
可采用向載體床中泵入細(xì)胞懸浮液的簡(jiǎn)單操作方法
達(dá)到固定化的目的。此外， 由于該過程不添加化學(xué)
物質(zhì)，細(xì)胞的固定化發(fā)生在細(xì)胞的正常生理?xiàng)l件下，
故可維持細(xì)胞的存活及其酶的催化活性，且傳質(zhì)阻
力小。若采用天然載體，則固定化細(xì)胞的生產(chǎn)成本
較低，工藝放大比較容易，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。用于
吸附固定化微生物的載體很多，包括無機(jī)物(如磚
塊、微孔玻璃、燒結(jié)多孔玻璃、多孔陶瓷、水泥、
砂、黏土、硅藻土、石棉、不銹鋼等)和有機(jī)物(如
離予交換樹脂、木條、活性炭、聚丙烯等)。
Setti等 采用海藻酸鈉、殼聚糖和瓊脂凝膠小
球(直徑均為4mm)作為吸附載體，對(duì)DBT降解
菌Pseudomonas sp．CP89進(jìn)行吸附固定化。CP89
在這3種凝膠小球上的吸附容量分別為3~10-4 g
(微生物細(xì)胞)／g(濕凝膠小球)、5x10-4 g(微生
物細(xì)胞)／g(濕凝膠小球)和7~10-4 g(微生物細(xì)
胞)／g(濕凝膠小球)。海藻酸鈉固定化細(xì)胞的活性
[0．01～0．03 g DBT／(g干細(xì)胞．h )】高于殼聚糖和瓊
脂固定化細(xì)胞。固定化細(xì)胞的DBT降解比活性約
為游離細(xì)胞的1／10，LI~DD氫脫硫催化活性低10 ～
10。數(shù)量級(jí)。CP89能以烷烴如十二烷烴和十六烷烴
等作為碳源，因此該菌在脫硫的同時(shí)將消耗大量的
油品。
Chang z2 以硅藻土為載體，對(duì)DBT脫硫菌
Gordona sp．CYKS1和Nocardia sp．CYKS2進(jìn)行吸
附固定化。并用此硅藻土固定化細(xì)胞對(duì)十六烷烴模
擬油中的DBT(10 mmol／L，相當(dāng)于硫含量0．32 g／L)
及輕汽油(硫含量為3．0 g／L)進(jìn)行了重復(fù)批次脫硫。
油水比為1：20。每次反應(yīng)24h，共進(jìn)行了7～8次
重復(fù)脫硫試驗(yàn)，總脫硫時(shí)間分別為192 h和186 h。
對(duì)十六烷烴模擬油來說，第一次脫硫反應(yīng)，單位液
相體積(油水混合物體積)的平均脫硫活性為0．24
m (L液相．h)，第8次脫硫反應(yīng)的平均脫硫活性為
0．48 mg／(L液相·h)。脫硫活性的增加可能是由于
細(xì)胞在硅藻土上的吸附量增加，因?yàn)榧?xì)胞在硅藻土
上的初始吸附容量為1．5 mg／g(硅藻土)，8次重復(fù)脫
硫后增加到4．3 mg／g(硅藻土)。
吸附法固定化細(xì)胞時(shí)，脫硫穩(wěn)定性、油品及生物
催化劑的分離等需加以考慮。羅明芳n 81采用硫饑餓方
法對(duì)硅藻土固定化 delafieldii R-8細(xì)胞進(jìn)行活化，
提高了硅藻土固定化細(xì)胞的脫硫穩(wěn)定性。經(jīng)過l9次
重復(fù)脫硫，仍保持較好的脫硫活性，有效脫硫時(shí)間可
達(dá)550 h以上，最大比脫硫活性為0．47 mmol／(kg固
定化細(xì)胞．h)。同時(shí)還采用殼聚糖同磁性納米四氧化
三鐵和硅藻土共沉淀的簡(jiǎn)單方法，制備得到較強(qiáng)磁性
的復(fù)合載體，彌補(bǔ)了硅藻土固定化細(xì)胞在多次重復(fù)脫
硫過程中易碎、導(dǎo)致分離困難的不足之處。用這種載
體吸附固定化的脫硫細(xì)胞具有很好的脫硫活性和較
好的穩(wěn)定性。Shan 弱 采用磁性載體固定化細(xì)胞，
以進(jìn)一步簡(jiǎn)化和加速油品及生物催化劑的分離與回
收。他們用共沉淀方法制備了親水性磁流體，將
delafieldiiR一8固定在磁性聚乙烯醇(PVA)顆粒中。
固定化細(xì)胞具有超順磁性，與非磁性PVA 固定化細(xì)
胞相比，磁性PVA固定化細(xì)胞脫硫活性略有增加，
操作穩(wěn)定性提高，分離回收更容易。
油品BDS速率除了受催化劑本身活性影響之
外， 同時(shí)與相際傳質(zhì)速率密切相關(guān)。為了改善PVA
固定化細(xì)胞的傳質(zhì)特性，Shan等 】制備得到水相分
散性和穩(wěn)定性非常好的油酸胺改性磁性Fe304納米顆
粒， 以此作為P delafieldii R-8細(xì)胞固定化載體。結(jié)
果表明，油酸胺改性磁性Fe 0 納米顆粒固定化
delafieldii R-8細(xì)胞與游離細(xì)胞具有相同的脫硫活性，
可以重復(fù)5次以上。另外，與硅藻土固定化細(xì)胞相比，
油酸胺改性磁性Fe O4納米顆粒固定化 delafieldii
R．8細(xì)胞具有更高的脫硫活性和操作穩(wěn)定性。Shan
等r25】還開發(fā)了一步法吸附脫硫與生物脫硫耦合工藝。
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第11期 羅明芳等：油品固定化細(xì)胞脫硫研究進(jìn)展 ·1989·
先制備得到能選擇性吸附DBT 的y-A12O3納米吸附
劑，該吸附劑能快速吸附油相中的DBT，吸附速率
[446 mmol／(kg．h)】遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生物脫硫速率。然后將
該吸附劑白組裝到脫硫菌P delafieldii R-8細(xì)胞表面，
見圖1。采用1LAl2o3納米固定化P delafieldii R-8細(xì)
胞進(jìn)行模擬油脫硫，納米吸附劑改善了含硫化合物的
從油相到細(xì)胞表面的傳質(zhì)速率，提高表觀生物脫硫速
率可達(dá)兩倍以上。但是，由于細(xì)胞與油相直接接觸，
本質(zhì)上相當(dāng)于游離細(xì)胞反應(yīng)，因此，存在脫硫細(xì)胞分
離回收及再循環(huán)利用困難等缺點(diǎn)。
(a)自由細(xì)胞 (b)T-A1203納米吸附劑組裝細(xì)胞
圖1 自由細(xì)胞和1LA12O3納米吸附劑組裝細(xì)胞的TEM 圖
與包埋法相比，吸附法固定化對(duì)細(xì)胞的脫硫活
性影響較小，但細(xì)胞容易從載體中脫落成為游離細(xì)
胞，從而導(dǎo)致細(xì)胞及油水相分離回收困難； 另外，
目前所用吸附載體的固定化細(xì)胞容量小(如每克硅
藻土只能固定化幾毫克細(xì)胞)，強(qiáng)度低，如硅藻土
易破碎等，從而導(dǎo)致單位反應(yīng)器體積的生產(chǎn)能力較
低，固定化細(xì)胞的使用壽命較短(不到600 h)。因
此，需開發(fā)微米級(jí)(幾十微米到幾百微米)小顆粒、
大吸附容量、高強(qiáng)度吸附介質(zhì)的制備技術(shù)。
3 固定化細(xì)胞脫硫反應(yīng)器
由于油品固定化細(xì)胞脫硫涉及的是由油、水、
固定化生物脫硫催化劑組成的液一液一固三相體系，
因此，反應(yīng)器的選型設(shè)計(jì)主要應(yīng)從以下方面考慮：
在低能耗條件下實(shí)現(xiàn)良好的相際傳質(zhì)過程，提高總
的脫硫速率；降低水／油比，提高單位反應(yīng)器的處理
能力；提高反應(yīng)器的可操作性等。
目前，油品固定化細(xì)胞脫硫主要集中在基礎(chǔ)研究
階段，即工藝條件的優(yōu)化，對(duì)于反應(yīng)器的研究報(bào)道非
常少。生物流化床反應(yīng)器具有容積負(fù)荷高、傳熱傳質(zhì)
速度快、抗沖擊能力強(qiáng)、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)
點(diǎn)，在化工、石化、生化及環(huán)境工程中廣泛使用 】，
也很有希望用于油品的脫硫。1997年，美國(guó)阿爾貢國(guó)
家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory，ANL)在美
國(guó)能源部生物脫硫聯(lián)合會(huì)議中提出了兩相流化床反
應(yīng)器(FBR)工藝用于汽油BDS(見圖2)，但相關(guān)
研究一直未見報(bào)道 m,27 ]。該系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：①氧
氣／空氣與汽油在外部管道中進(jìn)行混合分散，利用非
機(jī)械化的攪拌減少爆炸和泄漏；②采用吸附法固定化
細(xì)胞作為BDS催化劑；③易于實(shí)現(xiàn)油相和生物催化劑
的分離回收與再生；④連續(xù)操作。劉會(huì)洲等I29】設(shè)計(jì)了
一種新型固定化酶(或細(xì)胞)內(nèi)循環(huán)流化床生化反應(yīng)
器。該流化床反應(yīng)器具有許多優(yōu)點(diǎn)：①采用了錐形流
化床，既保證大顆粒易于流化，也防止小顆粒的帶出；
②操作方式靈活，可以分批操作，也可以連續(xù)操作；
③流化速度低；④剪切力小，能耗低，氣液固傳質(zhì)快，
溶氧效率高，易于放大，特別適合于固定化好氧微生
物在有機(jī)相中的生物催化反應(yīng)。Lee等L3 采用氣升式
反應(yīng)器，研究了油水比及蔗糖濃度對(duì)纖維載體固定化
G nitida CYKS1細(xì)胞柴油脫硫性能的影響。結(jié)果表
明，當(dāng)柴油含量為10％ (體積分?jǐn)?shù))時(shí)，反應(yīng)72 h，
硫含量從202~250 mg／L降到76～90 mg／L，脫硫率為
61％ ～ 67％ 。
新鮮汽
油進(jìn)料
空氣或
氧氣
循環(huán)汽油 脫油汽油
]
面
物反l l糸統(tǒng)L一物催化
應(yīng)器‘I—— =r_J 劑和水
壹生 查 催質(zhì) 劑顆粒再。 生生物催
生物膜 ? ??一
圖2 流化床汽油生物脫硫流程圖 一
4 展 望
細(xì)胞固定化技術(shù)從工藝的角度提高了脫硫微生
物細(xì)胞的穩(wěn)定性，很容易實(shí)現(xiàn)生物催化劑的在線再
生，并簡(jiǎn)化油水分離及催化劑回收工藝，從而降低
BDS催化劑的成本，促進(jìn)油品生物脫硫技術(shù)工業(yè)化
發(fā)展。從現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道來看，油品BDS技術(shù)固定化
技術(shù)在固定化細(xì)胞的制備方面取得了很大的進(jìn)步。
但是，如何實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、小顆粒包埋法固定化脫硫
細(xì)胞的高效制備，或小顆粒、大吸附容量、高強(qiáng)度
吸附介質(zhì)的篩選或合成，提高固定化細(xì)胞的脫硫穩(wěn)
定性以及固定化細(xì)胞反應(yīng)器研究等仍然是目前油品
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化 工 進(jìn) 展 2009年第28卷
BDS固定化技術(shù)所面臨的問題。
另外， 目前油品BDS技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，
作者認(rèn)為仍存在如下技術(shù)方面的問題。① 生物脫硫活
性有待進(jìn)一步提高。與加氫脫硫技術(shù)相比，盡管通過
培養(yǎng)和反應(yīng)條件優(yōu)化，結(jié)合基因工程手段，將生物脫
硫催化劑的活性從野生菌提高了200多倍，但要與加
氫脫硫技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，BDS催化活性還有待進(jìn)一步提高。
②傳質(zhì)過程限制了生物脫硫速率。如油水界面?zhèn)髻|(zhì)過
程、氧氣的氣液傳質(zhì)過程等需要進(jìn)一步強(qiáng)化。③ 反應(yīng)
器沒計(jì)及BDS技術(shù)放大。BDS是好氧過程，放大之
后需通入大量氧氣或空氣，安全性是首先要考慮的問
題，為此，美國(guó)能源生物系統(tǒng)公司等中試及概念設(shè)計(jì)
均采用將氧與油在進(jìn)入反應(yīng)器之前混合，而不是直接
通入反應(yīng)器中[10I2卜 】。這種設(shè)計(jì)帶來的問題是，反應(yīng)
器中供氧不足，降低了脫硫效率；而若采用直接通氣
方式，將造成大量油品的揮發(fā)、油品乳化嚴(yán)重導(dǎo)致油
品回收困難等問題。作者認(rèn)為，將己在廢水處理和動(dòng)
植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中開展了較多研究[31 32]的無泡曝
氣的概念引入油品生物脫硫過程，采用膜曝氣方式實(shí)
現(xiàn)氧氣的無泡曝氣，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全性考慮，可
能是解決油品BDS中傳氧限制及放大問題的一種很
好的解決方式。
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