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全碳素生物转化沼气制备生物航煤制造路线研究进展 被引量:2
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作者 张晨悦 马英群 +5 位作者 王兴 傅容湛 黄技伟 花秀夫 范代娣 费强 《合成生物学》 CSCD 2023年第6期1246-1258,共13页
作为一种清洁可再生能源,沼气具有替代化石燃料的潜能。沼气的传统利用是通过直接燃烧获得电力和热量,但该过程会产生二氧化碳(CO_(2)),不仅降低了沼气利用的碳原子经济性,还会带来温室气体排放等问题。为了实现沼气全碳素转化,本文提... 作为一种清洁可再生能源,沼气具有替代化石燃料的潜能。沼气的传统利用是通过直接燃烧获得电力和热量,但该过程会产生二氧化碳(CO_(2)),不仅降低了沼气利用的碳原子经济性,还会带来温室气体排放等问题。为了实现沼气全碳素转化,本文提出以餐厨垃圾厌氧消化产生的沼气为原料,利用合成生物学技术和生物制造策略,将其中的全部碳素(CO_(2)和CH_(4))高效转化为生物航煤(SAF)。该制造路线利用光能自养微生物和好氧性嗜甲烷菌分别转化CO_(2)和CH4合成生物油脂,再将油脂提取并升级加工制备SAF。文章通过介绍光能自养微生物和好氧性嗜甲烷菌的关键酶和代谢途径,总结菌种改造策略和发酵工艺优化在提升油脂积累方面的研究进展。在比较了不同生物油脂预处理和升级加工的工艺特点之后,分析了相关技术的经济性和应用场景。基于SAF的燃烧性能及其在生产过程中的全球变暖潜势值,讨论了SAF制造路线的技术可行性。最后,借助技术经济可行性分析,展望了提升SAF制造路线经济性的策略,为生物技术在燃料生产领域的商业化应用提供参考。 展开更多
关键词 沼气 光能自养微生物 好氧性嗜甲烷菌 合成生物 生物航煤 生物制造
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生物合成聚乳酸研究进展 被引量:2
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作者 鲁天怡 李爱朋 费强 《生物技术通报》 北大核心 2025年第4期47-60,共14页
聚乳酸(polylactic acid,PLA)是以乳酸为原料聚合而成的非天然生物可降解塑料,具有优良的生物降解性,是碳达峰、碳中和背景下传统石油基塑料的重要替代品之一。作为典型的碳中和材料,PLA正逐步成为国民经济和社会发展所需的基础性大宗... 聚乳酸(polylactic acid,PLA)是以乳酸为原料聚合而成的非天然生物可降解塑料,具有优良的生物降解性,是碳达峰、碳中和背景下传统石油基塑料的重要替代品之一。作为典型的碳中和材料,PLA正逐步成为国民经济和社会发展所需的基础性大宗原材料。目前,PLA主要通过生物发酵与化学聚合相结合的工艺生产,生产过程复杂,成本较高,且存在毒性物质残留的隐患。因此,更加绿色便捷的生产方法开发成为PLA合成领域的关注热点。随着合成生物学、蛋白质工程和代谢工程的快速发展,PLA全生物合成关键酶被逐渐挖掘和改造,PLA全生物合成路径被设计和组装,以具有工业化属性的微生物为底盘构建一步合成PLA的细胞工厂成为现实,为PLA的绿色合成提供了新的解决方案。然而,生物合成法面临PLA产量低、产品性能差等问题,难以满足工业化生产的要求。因此,提高PLA生物合成效率和改善产品性能成为PLA生物合成技术开发的重点。本文首先对PLA及其合成方法进行了介绍,并系统分析了化学合成法与生物合成法各自的优势和不足;随后,总结了PLA生物合成的途径和关键酶,着重从蛋白质工程和代谢工程两个方面归纳了PLA生物合成的调控策略;最后,对PLA生物合成技术升级发展中面临的关键挑战和未来研究趋势进行了系统的分析和展望,旨在为更高效、更绿色的PLA生物合成系统的设计和开发提供有益参考。 展开更多
关键词 聚乳酸 生物合成 关键酶 蛋白质工程 代谢工程 辅酶A转移酶 PHA合成酶
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超声波联合酶预处理强化餐厨垃圾厌氧消化
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作者 陈佳新 延一鸣 +3 位作者 刘诗漫 冯怡卓 费强 马英群 《中国环境科学》 北大核心 2025年第1期223-233,共11页
以餐厨垃圾为唯一底物原位制备了菌基复合酶,探究了超声波联合菌基复合酶预处理对餐厨垃圾产甲烷效能的影响,并解析了其作用机制.研究发现,超声波联合菌基复合酶预处理可强化餐厨垃圾产甲烷效能,其甲烷产量高于单一的超声波预处理和酶... 以餐厨垃圾为唯一底物原位制备了菌基复合酶,探究了超声波联合菌基复合酶预处理对餐厨垃圾产甲烷效能的影响,并解析了其作用机制.研究发现,超声波联合菌基复合酶预处理可强化餐厨垃圾产甲烷效能,其甲烷产量高于单一的超声波预处理和酶预处理,且增加酶投加量可进一步提升甲烷产量,最大甲烷产量为(369.86±14.06)mL/g VS,较未预处理提高了57.21%.对联合预处理强化餐厨垃圾产甲烷作用机制的解析发现,联合预处理促进了餐厨垃圾中大分子有机物的分解,并使其由固相向液相转移,提升了发酵底物的生物可降解性.同时,联合预处理改变了餐厨垃圾中蛋白质二级结构,破坏了餐厨垃圾的表面形态,且餐厨垃圾中主要组分的动态降解顺序为:蛋白质→油脂→淀粉.此外,联合预处理因改变了餐厨垃圾的特性进而重塑了厌氧消化过程中微生物的群落结构,乙酸型产甲烷古菌Methanosaeta的富集进一步强化了餐厨垃圾的产甲烷效能. 展开更多
关键词 餐厨垃圾 超声波 菌基复合酶 厌氧消化 甲烷 微生物群落
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微通道气液两相环状流传热特性及场协同角分析
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作者 卓晓义 徐娜 +4 位作者 张玮 许鑫 刘培卓 于嘉朋 方嘉宾 《化学工程》 北大核心 2025年第1期36-41,53,共7页
微通道内流体传热特性及机制的研究是微反应器调控、传递强化及设计的基础。对于微通道内多相流体系,各流动相的流动、分散等特征直接影响多相体系的传热特性,决定了微通道传热效率。利用数值方法研究十字型微通道气液两相环状流传热性... 微通道内流体传热特性及机制的研究是微反应器调控、传递强化及设计的基础。对于微通道内多相流体系,各流动相的流动、分散等特征直接影响多相体系的传热特性,决定了微通道传热效率。利用数值方法研究十字型微通道气液两相环状流传热性能。在环状流传热过程中,气相引入一方面让气液间的剪切力带动液相提高了液相流速;另一方面增加扰动从而减小了场协同角,两方面共同作用强化环状流总传热性能。从环状流液膜波动出发,引入场协同角研究液膜波动与环状流局部传热性能的关系。在液膜波动处局部场协同角变小,场协同角越小,高速气相与高温液相之间的热量交换越强,因此高速气相带走更多的热量,从而强化了环状流的总传热性能。最后根据研究初步绘制传热流程图,为微反应器内部温度控制和传热强化技术提供理论支撑。 展开更多
关键词 微通道 气液两相流 传热特性 数值模拟 场协同角
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微反应器内气液磺化反应收率和能耗建模及多目标优化 被引量:1
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作者 于嘉朋 徐娜 +4 位作者 张玮 康清源 张鸿 秦睦轩 方嘉宾 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期3681-3690,共10页
气液微磺化技术因其安全、高效、低成本,是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点,在小尺寸通道内流动时压降非常大,显著提高微反应器能耗,实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之间的优化调... 气液微磺化技术因其安全、高效、低成本,是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点,在小尺寸通道内流动时压降非常大,显著提高微反应器能耗,实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之间的优化调控对气液微磺化技术的实际推广应用具有重要意义。通过实验测试研究了气液微磺化反应过程的压降特性及各影响因素的作用机制,并基于量纲分析法建立了4种不同结构微反应器的气液磺化收率与能耗预测模型。为了实现高产率和低能耗,采用改进的NSGA-Ⅱ算法优化影响磺化产物收率和反应过程能耗的关键工艺参数。其中C-ES(十字形混合区+含膨胀单元的直通道反应区)型微反应器内,在气速为6.422 m/s、液速为0.0147 m/s、反应时间为91.464 min条件下,收率达到89.771%,能耗仅1.609 kW/t,证明C-ES型微反应器有效传质效率高,在低能耗下能显著强化气液两相传质性能。以上研究可为以高收率、低能耗为目标的微反应器结构设计及操作条件优化提供理论依据。 展开更多
关键词 微反应器 气液磺化 磺化收率模型 能耗预测模型 多目标优化
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