绿色化工和生物技术

生物技术在绿色化工领域应用

[摘要]综述了生物技术在绿色化工领域应用的进展，重点介绍了生物技术在进行催化脱硫，化工产品的生产，在精细化工中的应用以及对于环境保护方面的应用。从而，阐述生物技术的优势和未来的前景，从而对于生物技术在绿色化学领域的应用的做出展望。

[关键词]生物技术；绿色化工。

１。前言

进入21世纪以来，能源和资源问题的矛盾日益突出。石油既是当今世界上能源的主要形式，又是化学工业的基础资源，石油的短缺无论对哪一个国家都是极其严重的问题。为此，人们努力寻求新的资源和能源形式。生物资源作为一种可再生的资源，理应成为未来发展的重要方向。生物技术广泛应用于医药、农业、食品和石油化工等领域，为解决人类所面临的能源、粮食、环保等重大问题开辟了新的途径。近年来，伴随着生物技术的飞速发展，使传统的发酵工艺得到广泛应用并大规模工业化。

生物技术应用于化工具有很大潜力，可以改造传统的生产过程，以降低成本、提高质量或生产用化学法难以合成的产品；可以开辟石油化工基础原料新来源，以节约石油资源。生物技术在石油化工行业的应用表现在新有机原料的提供、三废的治理及多种精细化学品的生产，主要包括生物催化剂、生物塑料、生物农药、生物化肥、生物石油技术、生物环保和传统生物化工产品等方面。生物化工与传统化工相比，具有反应条件温和、能源节省、选择性好、转化率高、设备费低和环境友好等诸多优点。

本文重点介绍了生物技术在化工领域的应用，以及其对于绿色生产的重大意义做出说明。

2.生物技术在绿色化工生产中的应用

2。1利用生物技术进行催化脱硫

油品燃烧和化工生产中会产生大量废气，这些废气中含有的硫化物组分，是形成酸雾、酸雨而危害环境的重要因素之一。随着人们环保意识的不断加强，脱硫技术重新成为人们普遍关注的热点。生物脱硫并不是个新话题，然而该技术得到重视并实现飞速发展却是不久以前的事。现在，这项技术已成功地应用到工业生产中，产生了巨大的经济和社会效益。

2。1。1 油品的生物脱硫

在大多数的微生物脱硫系统中，细菌发挥“生物改造”作用，将含硫分子物质分解成可溶于水的物质，然后再从油品中提取出来。在此过程中，细菌脱除了油品中的硫，但同时也消耗了许多油品，这显然是不太经济的。新开发出的生物催化脱硫(BDS)技术的目的就在于开发出一种细菌或酶类，它们能催化特定的反应，使含硫油释放出硫而把烃类留下。

BDS技术是由美国德州伍德兰德市能量生物系统公司(EBC)开发成功的，选用的是一种名为玫红球菌的细菌作生物催化剂。工业化的BDS投资约为传统加氢脱硫的50%，操作费用比HDS大约低10~15%。

2。1。2 烟气的生物脱硫

生物技术也为烟气脱硫开创了新的局面。日本NKK公司开发成功的Bio一SR工艺就是采用硫醚杆状细菌、铁氧化细菌，使硫酸铁溶液吸收烟气中的H2S并生成元素硫和硫酸亚铁溶液，然后在细菌的催化氧化下使Fe2+转化为Fe3+溶液。

Bio一SR脱硫工艺可用在许多领域来脱除H2S，以满足产品质量的要求和日益严格的硫排放标准。以下所列为该法的一些应用领域:(l)炼油厂、天然气加工厂胺洗排出气；(2)克劳斯硫磺回收装置尾气；(3)研制与生产甘肃化工1998年第1期炼油厂酸性气、燃料气；(4)地热发电站尾气；(5)污水处理水解气；化工厂如人造纤维厂、钡盐厂排放气；(6)饮料工业中CO2净化等。

Bio一SR脱硫工艺成功地克服了其它湿式氧化法的某些缺点。简单说来，它具有一系

列优点:(l)H2S脱除率高；(2)操作费用低；(3)无环境污染；(4)操作、维修方便。(5)H2S选择性高。(6)硫的纯度高；(7)无腐蚀。

2。2利用生物化工制取化工产品

2.2.1利用发酵法制取有机酸

微生物可将糖质或烃类转化成多种有机酸，如柠檬酸、乳酸、苹果酸、富马酸以及各种二羧酸等。我国采用生物法生产有机酸始于20世纪60年代初。目前，生物法有机酸产量最大的是柠檬酸，年产量超过300 kt。其它有机酸产品也得到不同程度的开发和应用。

2.2.2利用微生物法生产丙烯酰胺

丙烯酰胺是重要的化工产品，主要用来生产聚丙烯酰胺，后者作为增稠剂、絮凝剂等，广泛应用于采油、造纸、化工、冶金等领域。

传统的丙烯酰胺生产是硫酸水合法或铜催化法。微生物法是生产丙烯酰胺的第三代技术。与化学合成工艺相比，微生物法工艺简化、投资少、转化率高、三废少、产品纯度高。发酵生产的丙烯酞胺单体，可制备相对分子质量超过2.2xl少的超高相对分子质量聚丙烯酰胺，用于“三次采油”，充分显示了酶催化工艺的优越性。

2.2.3新型生物塑料开发

塑料大都属石油化工产品，以石油和天然气生产的化工原料合成，多不具备降解性。越来越多的塑料废弃物，特别是塑料包装材料和泡沫塑料制品已造成严重的“白色污染”，成为大自然的一大公害，促使人们开发和利用可自然降解的塑料。90年代后期，完全生物降解塑料和所谓全淀粉塑料大力发展，使用发酵和合成方法制备能真正降解的塑料及用微生物生产可降解塑料。

此处介绍两种生物可完全降解塑料。

聚L一乳酸属新型可完全生物降解性塑料，是世界上近年来开发研究最活跃的降解塑料之一，被广泛用于农用薄膜、沙漠绿化保水材料、食品包装袋及生活垃圾袋等方面。聚L 一乳酸塑料在土壤掩埋3到6个月破碎，在微生物分解酶作用下，6到12个月变成乳酸，最终变成CO2和H2O。

聚L一乳酸以淀粉、糖蜜为原料，用戴氏乳酸杆菌(Lactobacillus)、链球菌(Streptococcus)、芽抱杆菌(Bacillus)等菌种发酵制得聚L一乳酸。发酵制得的聚L一乳酸用开环聚合法和脱水缩合两种化学法合成高分子材料，其可塑性与聚苯乙烯相似，因而可采用传统的成型加工方法加工。

3.生物技术在治理化工以及环境污染上的应用

3.1处理化学污染方面的应用

目前研究较多的有三个方面。一是利用固定化反应器处理工业废水中的毒物，用微生物回收重金属或除去有害物质。二是利用基因工程技术构建“超汲菌”处理大面积污染。三是利用城市污水和工业股水生产沼气和单细胞蛋自，变废为宝。

美国研制成功能降解多种原油组织的“超级菌”，用于五氯份的微生:潮年解获得成功。日木研制成功用有机磷分解菌处理难于降解的二烷基硫代磷酸醋。英国用微生物处理含氰化合物废水，使氰化物含量从3%降到lppm.。

3.2生物技术在产生新能源方面的应用

为了减少环境污染，传统的化石燃料将逐步被新型燃料所取代，目前国际上采用的新型清洁燃料主要是燃料酒精(替代汽油)、脂肪酸单酯(生物柴油)和二甲醚(替代柴油)等。生物柴油可以用化学法的转酯化反应生产，也可以用生物酶法合成。因为两者的原料来源都是动物或植物油脂，所以统称生物柴油。该燃料燃烧效率高，无铅，SO2及其它有毒物质的排放少，对环境友好。美国是研究开发生物柴油较早的国家，由于目前生物柴油的生产成本比普通柴油高，在普通柴油中加入20%的生物柴油，其尾气污染物比普通柴油低50%。德国2000年