生物技术特点范文篇1

在生产混凝土超塑化剂聚磺化萘甲醛的过程中,水污染严重,而且在半固体的滤饼中含有大量的最终产品,为了降低污染,减少浪费,生产企业采取了一系列措施,包括:过滤过程中滞留水的回用,反应器洗涤水的循环利用,高压泵采用闭环冷却系统,控制原料、产品和水的跑冒滴漏,充分利用固体废物中的最终产品等。经过工艺路线改进,实现了清洁生产,提高了经济效益[29]。清洁的反应体系反应体系对反应十分重要,以超临界CO2、近临界水、高温液态水和离子液体等作为清洁生产的反应体系,可以获得良好的反应效果。徐明仙等[30]在超临界CO2中进行水杨酸合成,CO2既作为溶剂,又作为反应物,成为合成水杨酸的绿色原料。朱宪等[31]利用临界水作为反应介质,提取黄姜中的薯蓣皂苷,发现其可以克服传统水解法需要加碱中和、水消耗大和环境污染严重等缺点。张辉等[32]利用超临界水氧化法与非色散红外法相结合测水质中有机碳含量,发现其反应快,氧化彻底,检测结果准确。Lv等[33]利用高温液态水的特性水解生物质资源生产化工原料,如木糖水解等,具有较好的效果。离子液体作为一类新型绿色反应介质,不仅可替代传统有机溶剂或酸碱用作化工反应和分离的新介质,而且具有作为新型磁性材料、纳微结构功能材料、润滑材料、航空航天推进剂等的潜力[34]。磁性功能化离子液体具有液程宽、蒸气压低、溶解能力强等特性[35],在有机合成中可作为溶剂兼催化剂和模板剂,具有产物易分离、可回收重复使用等优点。超常规反应技术由于人们对物质状态和反应过程的认识有限,对物质的利用主要基于其正常状态下的物性。随着人们对各种物质处于不同极限状态的特性的研究,化学反应过程在极限状态下的特性受到化工界的广泛关注,于是各种超常规状态的技术不断涌现,如超临界流体技术、超重力技术等。超临界流体技术超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体,在临界点附近会出现物性急剧变化的现象。利用流体超临界状态特性的技术称为超临界流体技术,如超临界法制备微粒技术和超临界流体萃取技术等。利用超临界法制备微粒技术有超临界溶液快速膨胀法、超临界辅助雾化法和超临界反溶剂法等。采用超临界法制备微粒,与常规的机械加工法、重结晶法、冷冻干燥法和喷雾干燥法相比,制备的微粒粒径较小,粒径分布均匀,而且解决了有机溶剂残留等问题,具有绿色环保的特点[36]。超临界技术是未来大规模制生物燃料的理想方法,特别是用于废油和脂肪制取生物柴油。

与传统的生物燃料生产方法相比,超临界流体技术具有反应快、生产率高、易于连续操作、而且不需要催化剂等优势,但操作压力和温度高,材料成本高,难以推广应用[37]。超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体所具有的超常规的溶解能力而发展起来的化工分离技术。与其它分离技术相比,超临界流体萃取技术具有适用性广、效率高、所得产品无毒无残留等优点,是一种典型的绿色化工分离技术。超临界流体萃取技术在处理常规法难以处理的废水中的有机物和高分子材料等方面具有显着的优越性,在污染治理方面可以发挥重要作用[38]。超重力技术在超重力环境下的物理和化学变化过程的应用技术叫超重力技术。与传统塔器相比,在超重力环境下,微观混合和传质过程得到高度强化,因此超重力技术的研究和应用得到了广泛的关注[39]。超重力技术在分离方面的工业应用比较广泛,如超重力脱氧技术、超重力脱硫技术和超重力脱挥技术等[40]。超重力技术在反应中的应用也比较多,如纳米材料的制备以及在精馏分离和快速反应过程中的应用等[41]。浙江工业大学研发的折流式超重力场旋转床已实现工业应用,与传统的塔器设备相比,该设备高度降低1~2个数量级,可节省场地和材料[42]。其它超常状态技术除超临界流体技术和超重力技术外,还有其它极限技术,如超高温技术、超高压技术、超真空技术、超低温技术等。随着高科技的迅速发展,这超些常规技术在化工领域的研究和应用将越来越多[43]。催化技术催化技术是化学工业实现清洁生产的主要方法。在有机化工中,为了得到尽可能多的目标产品,减少副产品和废物,除了采用合适的工艺设备和工艺线路外,非常重要的是采用高效环保的催化剂,如利用酶催化剂、手性催化剂和仿生催化剂等。酶是一种高效催化剂,催化选择性极高,无副反应,便于过程控制和产品分离。科学家们研究发现2-羟基异丁酰-CoA的酶可以将直链C4化合物转化成支链,作为甲基丙烯酸甲酯前体,这意味着在常规的化学路线基础上有可能会延伸出一条新型的生化法工艺路线[44]。人们在利用酶催化剂时,也在探索研究模拟酶催化剂,如将分子印迹法应用于聚合物模拟酶催化剂的设计合成中,制备的模拟酶催化剂具有抗恶劣环境、高稳定、长寿命等特点[45]。在天然酶催化剂和人造催化剂之间有许多相似的地方,如果能将固体催化剂坚固耐用、容易与产品分离、耐高温等特点与酶催化剂活性高、变构效应好、选择性控制精度高的特点结合,合成兼具固体催化剂和酶催化剂两者优点于一体的催化剂,则化学反应中的清洁生产又将有进一步的突破[46]。在化学工业中,特别是精细化工中,除了催化剂化学选择性外,催化剂区位选择性、立体选择性和对映体选择性具有非常重要的作用[47],如不对称加氢反应催化剂。目前,不对称加氢多相手性催化剂主要有固定化的均相手性催化剂、手性小分子修饰的多相催化剂和以天然高分子为手性源制备的多相催化剂等[48]。生物界有许多高效催化反应,人们可以根据生物界的反应特点研制仿生催化剂,提高催化效率。叶长英等[49]根据生物表面具有多层次微米和纳米复合结构,以便最大限度地捕获光子进行光合作用的特点,采用模板-超声-水热法制备仿生界面结构的二氧化钛催化剂微球,应用于苯酚光催化降解,发现其具有良好的催化能力,而且在实际工程应用中易沉降分离,有利于光催化技术在实际工业废水处理中的应用。

化工设备技术随着化工工艺的进步和发展以及环保要求的不断提高,化工设备技术也不断发展和完善。目前,化工设备逐渐专业化、系列化,并朝着大型化、微型化和智能化方向发展。化工设备向大型化、精密化、一体化、成套化和采用先进控制技术方向发展[50]。其中换热器趋向大型化,并向低温差和低压力损失的方向发展,压缩机向超高压方向发展,化工流程泵向超低温方向发展等。与设备大型化发展相反,化工设备的另一个发展方向是朝着小型化和微型化方向发展。微反应器技术是把化学反应控制在尽量微小的空间内,化学反应空间的数量级一般为微米甚至纳米,化学反应速率快,转化率和收率高,并能解决强腐蚀、易爆、高能耗、高溶剂消耗和高污染排放等问题,具有清洁生产工艺的特点,在化学合成、化学动力学研究和工艺开发等领域具有广阔的应用前景[51]。目前已有微反应器用于工业化生产,产量可达几十吨到几千吨[52]。随着信息化与工业化不断融合,化工生产系统逐渐智能化。化工设备的智能化包括两个方面:一是设备控制的智能化;二是设备设计的智能化[53]。设备智能化是提高产品质量、产量,提高能源利用率以及满足环境要求的重要方向。清洁能源现在化学工业的供能主要来自石油和煤炭,这两种能源在消耗过程中都会产生大量的污染,而且石油和煤炭在开采过程中也会对环境造成破坏。面对国际国内节能减排的重压,使用清洁能源是发展的必然趋势。为了降低对环境造成的污染,人们努力开发清洁的能源技术,包括利用太阳能、风能、地热等。但开发和利用这些清洁能源技术并不一定清洁[54],因为尽管清洁能源利用时对环境无污染或少污染,但从整个生命周期来看,清洁能源的开发和使用实际上需要从其它环节获取资源或者将污染转移到其环节。生物燃料是一种比较清洁的燃料,是柴油发动机等的理想替代燃料。目前先进的生物质燃料生产技术有超临界流体技术,包括采用酯交换反应利用植物油生产生物柴油、通过生物质气化和生物质液化制取生物油。但目前生物燃料生产的成本比较高,难以推广应用[37]。目前,国内外有关清洁能源的研究热点除了核能、太阳能、水能、风能和生物质能外,还有常规天然气和非常规天然气。天然气是一种清洁能源,但随着常规天然气资源的逐渐减少,开发难度不断加大,以页岩气、煤层气为主的非常规天然气将成为研究和开发的热点[55]。我国第一部《页岩气发展规划(2011—2015)》提出,到2015年,页岩气将初步实现规模化生产,产量将达到65亿立方米/年,到2023年,产量最高达到1000亿立方米。虽然页岩气等非常规天然气开发已是大势所趋,但伴随着开发的热潮,开采技术制约、开采过程中的环境污染和破坏、初期投入大、开发成本高、回报周期长等方面仍面临争议。但毋庸置疑,随着技术进步和能源安全问题的日益凸显,非常规天然气在未来化工领域中的应用还是非常有前景的。尽管关于清洁能源的开发与利用的研究很多,但在化工领域中利用清洁能源取代化石能源的还极其有限,有关取代技术需要进一步研究。为推进燃煤工业锅炉清洁燃料替代,加强工业锅炉的节能减排,上海市为天然气优化替代燃煤提出菜单式的技术指导以及余热深度利用技术,开发生物质气化气部分替代燃煤的混烧技术,为清洁能源替代专项工作提供支撑[56]。刘超等[57]尝试利用清洁的可再生能源代替化石能源为冶金生产提供能量支持,提出“风光互补非碳冶金”,以减少碳排放。通过研究,解决清洁能源利用技术与钢铁冶金技术相融问题,最终确立的系统单元之间,基本满足了能量的协调匹配,能够获得1600℃以上的冶炼高温。这种钢铁冶炼中的“风光互补”思路为化工企业中利用清洁能源代替化石能源提供了借鉴作用。

研究热点

生物技术特点范文篇2

关键词：生物技术;环境保护

中图分类号:x-01文献标识码:a

1生物技术的特点

生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展，为从根本上解决环境问题提供了希望。

目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物，少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术，其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面，发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时，最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质，如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。特别是现代生物技术的发展，尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用，大大强化了上述环境生物处理过程，使生物处理具有更高的效率，更低的成本和更好的专一性，为生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。

由于大部分有机污染物适于作为生物过程反应物(底物)，其中一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质，因此，生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的，作为催化剂的酶是一种活性蛋白，因此，生物反应过程通常是在常温、常压下进行的。另外，酶对底物有高度的特异性，因此，生物转化技术的效率高，副产物少，这与常常需要高温、高压条件的化工过程相比，反应条件大大简化，因而投资省、费用少、消耗低，而且效果好、过程稳定、操作简便，同时，在多数情况下，它还可和其他技术结合使用。用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁生产的目标。另外，生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的，并且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等，有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度，使经济发展进入可持续发展的轨道。生物是构成生态系统的要素，生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。因此，利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质，即用生物修复技术净化环境，使受污染的宝贵资源如水资源(包括地面水和地下水)、土壤等得以重新利用，同时还可进一步强化环境的自净能力。

2现代生物技术与环境保护

现代生物技术是以dna分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。

2.1生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。

2.2利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。

2.3生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。

所以，当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理，有毒有害物质的无害化处理等各个方面。

3生物技术在环境保护中的应用

3.1污水的生物净化

污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(las)方面取得较大进展，对于含100mg/l废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。

3.2生物农药

化学农药的应用，对控制农作物的病虫害，增加农作物产量起了重要作用，但对人类的健康和生存环境却构成了很大的威胁。据统计，现有30%的杀冲剂，50%的除草剂和90%的灭菌剂在动物实验中引起肿瘤。美国国家科学院的研究报告说，目前食品中的杀虫剂残留量严重超标，比儿童安全量高出100~150倍。农药的使用还使土壤受到污染和破坏。国际上从60年代开始发展起来的生物农药是生物防治病虫害的一支新军。传统的生物防治是利用“天敌”来杀虫除害。这虽可减少化学农药的使用，减少农药的化学污染，但饲养和释放“天敌”，不仅费时费工，耗资巨大。而且在突发性病虫害前常措手不及，无能为力。而生物农药却可解决这个难题所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称，它们多是生物体的代谢产物，主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。微生物杀虫剂，主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组dna技术克服其缺点来提高杀虫效果，例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造，人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性；将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中，形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素,以破坏害虫的激素平衡，干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。

参考文献