離子液體_鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

113離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展離子液體_鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）劉培元,王國平(華僑大學材料科學與工程學院,福建泉州362021摘要:離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)是一種新型的雙水相萃取技術(shù)。它具有傳統(tǒng)雙水相萃取技術(shù)所不具備的諸多優(yōu)點。本文介紹了離子液體/鹽雙水相體系的類型和特點,綜述了離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)在生物分離、天然有機物的提取、有毒物質(zhì)處理中的應(yīng)用,指出了該技術(shù)目前存在的問題并提出今后發(fā)展的展望。關(guān)鍵詞:離子液體/鹽雙水相;萃取;分離;應(yīng)用雙水相萃取技術(shù)是提取和純化生物活性物質(zhì)的新型分離方法之一。雙水相系統(tǒng)(ATPS實質(zhì)是把兩種聚合物或一種聚合物(或親水有機溶劑與一種鹽的水溶液混合在一起,在水中以適當?shù)臐舛热芙夂笮纬傻幕ゲ幌嗳艿膬上?。雙水相技術(shù)操作條件溫和,可連續(xù)操作,易于放大,愈來愈受到人們的關(guān)注[1-3]。然而該技術(shù)還存在一些技術(shù)難題,如易乳化,相分離時間長,成相聚合物的成本較高,大多數(shù)的水溶性高聚物粘度較大而不易定量控制,高聚物回收困難等[4]。雙水相體系的主要類型有:高聚物/高聚物、高聚物/無機鹽、親水有機物/鹽體系。近年來雙水相技術(shù)又有了新的發(fā)展,出現(xiàn)了離子液體/鹽雙水相體系。離子液體,是指由離子組成的在室溫時呈液態(tài)的液體,一般由有機陽離子和無機陰離子組成。離子液體幾乎沒有蒸汽壓、不揮發(fā)、無色、無味;有較寬的穩(wěn)定溫度范圍,較好的化學穩(wěn)定性;通過陰陽離子的設(shè)計可調(diào)節(jié)其對無機物、水、有機物及聚合物的溶解性,并且其酸度可調(diào)至超酸;改變陰陽離子組成,可以合成不同性質(zhì)的離子液體,被稱為“設(shè)計者溶劑”,是一種新型的綠色溶劑[4-6]。Rogers等采用親水性離子液體1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽([Bmim]Cl和磷酸鉀(K3PO4首次形成了上相富含離子液體和下相富含磷酸鉀的離子液體/鹽雙水相體系[7]。該雙水相體系是由一種有機鹽(親水性離子液體和一種無機鹽(磷酸鹽形成,不同于傳統(tǒng)意義的雙水相體系。由于離子液體具有一系列的優(yōu)點,所以離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)也具備了傳統(tǒng)雙水相萃取技術(shù)所沒有的一些優(yōu)點,如離子液體可循環(huán)使用,可控制乳化,產(chǎn)物的易分離等。這些優(yōu)點使得離子液體/鹽雙水相的實際應(yīng)用更具現(xiàn)實可能性,有望開辟萃取技術(shù)應(yīng)用的新途徑。1離子液體/鹽雙水相萃取體系的類型離子液體/鹽雙水相體系的類型可根據(jù)離子液體的類型來劃分。離子液體的種類繁多,大體上有機陽離子主要有四類:烷基取代的咪唑陽離子,包括N,N’一二烷基取代的[RR’Im]+離子和2或4位亦被取代的[RR’R”Im]+離子;烷基取代的吡啶離子[RPy]+;烷基季胺離子[NRXH4-X]+;烷基季磷離子[PRxH4-X]+。圖1是幾種陽離子的結(jié)構(gòu)示意圖?；瘜W工程與裝備ChemicalEngineering&Equipment2021年第3期2021年3月114劉培元:離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展圖1.幾種常見的室溫離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)示意圖陰離子可以是A1C14-、BF4-、PF6-、CF3COO-、CF3S03-、(CF3SO22N-、SbF6-等有機離子和配合物離子,有些情況下也可以是Cl-、Br-、I-、NO3-、ClO4-等簡單無機離子。選擇陰離子時要注意兩點:①AlCl4-對水極其敏感,有時會要求在真空或惰性氣體保護下處理和使用,由于它遇水會放出HCl氣體,所以這類離子液體在使用時對皮膚會有一定的刺激性;②以NO3-和ClO4-為負離子時要小心它們具有的爆炸性[8]。據(jù)報道的文獻表明,目前研究的離子液體/鹽雙水相體系的類型主要集中于咪唑類和吡啶類的離子液體。表1是目前報道的離子液體/鹽雙水相體系的主要類型。表1目前報道的離子液體/鹽雙水相體系的主要類型成相離子液體分子式成相無機鹽1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽[Bmim]Cl氫氧化鈉[12]、磷酸氫二鈉[7]氫氧化鉀[7]、碳酸鉀[7]、磷酸鉀[7]、磷酸氫二鉀[10]、硫代硫酸鈉[7]1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[Bmim]BF4碳酸鈉[9]、磷酸二氫鈉[13]1-丁基-3-甲基咪唑磷酸鹽[Bmim]PO4氯化鉀[7]1-丁基-3-甲基咪唑硝酸鹽[Bmim]NO3[9]氫氧化鈉1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[Omim]BF4[11]磷酸二氫鈉和蟻酸、硼砂和鹽酸N-正丁基吡啶四氟硼酸鹽[BPy]BF4[9]碳酸鈉由于離子液體/鹽雙水相體系的研究尚處于初步階段,對其體系類型的分類尚無較系統(tǒng)的表示,只能簡單的列出。從上表可看出對咪唑類的離子液體/鹽雙水相體系的研究占了絕大多數(shù),而且在成相無機鹽方面也有較多的選擇。2離子液體/鹽雙水相體系的特點離子液體/鹽雙水相有傳統(tǒng)雙水相所共有的特點,同時它具有一些傳統(tǒng)雙水相沒有的優(yōu)點,這使其在分離和純化方面表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢[13-14]。(1體系易于放大,各種參數(shù)可以按比例放大而產(chǎn)物的回收率并不降低,這點對于工業(yè)應(yīng)用尤為有利;(2體系內(nèi)傳質(zhì)和平衡速度快,回收率高,可達到90%以上,比起其它的一些分離過程,其能耗小;(3體系的相間張力大大低于有機溶劑與水115劉培元:離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展的相間張力,分離條件溫和,因而能保持絕大部分生物分子的活性;(4操作條件溫和,整個過程可在常溫常壓下進行;(5離子液體的蒸汽壓幾乎為零,不會出現(xiàn)像有機溶劑那樣因揮發(fā)而引起環(huán)境問題;(6與傳統(tǒng)的高聚物雙水相相比,可更好的控制乳化現(xiàn)象。3離子液體/鹽雙水相技術(shù)的應(yīng)用3.1生物工程技術(shù)中物質(zhì)的分離和純化21世紀是生物工程技術(shù)占主導(dǎo)地位的時代,而生化分離是生物工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。由于生物工程技術(shù)(特別是細胞工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程等產(chǎn)品的特殊性,要求分離技術(shù)既要具有較高的分離效率又不影響產(chǎn)品的生物活性。因此,近年來隨著生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了許多新的分離技術(shù),雙水相體系萃取技術(shù)就是其中一種高效而溫和的生物分離新技術(shù)。離子液體/鹽雙水相萃取分離技術(shù)應(yīng)用于大分子生物質(zhì)的分離,如蛋白質(zhì)等;對小分子生物質(zhì),如抗生素等都可以得到較理想的分配效果[15]。鄧凡政等也利用[Bmim]BF4和NaH2PO4形成的雙水相體系對牛血清白蛋白(BSA進行萃取研究。得出萃取的最佳條件是:NaH2PO4的濃度為80g/L、離子液體濃度160~240ml/L、BSA的濃度30~50mg/L、溶液酸度在pH4~8,萃取率可達99%以上[14]。Du等利用[Bmim]Cl/K2HPO4雙水相萃取系統(tǒng)第一次從人體體液中直接萃取蛋白質(zhì),結(jié)果表明對微量水平的蛋白質(zhì)其分配系數(shù)可以達到10,富集因子為5。在上相中加入適量的K2HPO4促使進一步的相分離,這可以將富集因子提高到20。利用傅里葉紅外光譜儀和紫外分光光度計測得離子液體和蛋白質(zhì)之間不存在化學鍵,因此蛋白質(zhì)的本質(zhì)沒有變化[16]。MariaJoseRuiz-Angel等做了完整的[Bmim]Cl/K2HPO4雙水相相圖,并研究該系統(tǒng)在逆流色譜中的應(yīng)用。采用hydrostaticSanki和Jtypehydrodynamic兩種逆流色譜柱,富含[Bmim]Cl的上相作為固定相,富含K2HPO4的下相作為流動相,并與PEG1000/K2HPO4和PEG10000/K2HPO4雙水相在逆流色譜中的應(yīng)用作了比較。結(jié)果表明兩種雙水相的性質(zhì)完全不同:富含[Bmim]Cl的上相比富含PEG的上相的密度低的多,這使得富含[Bmim]Cl的水相比富含PEG的水相在逆流色譜內(nèi)的保留率較大;富含[Bmim]Cl的上相比富含PEG的上相的極性小的多,因此蛋白質(zhì)和醇在[Bmim]Cl/K2HPO4雙水相系統(tǒng)中的分配系數(shù)更大,例如卵白蛋白在PEG1000/K2HPO4雙水相的分配系數(shù)為1.4而在[Bmim]Cl/K2HPO4雙水相的分配系數(shù)達到180[17]。劉慶芬等以[Bmim]BF4和NaH2PO4·2H2O水溶液形成的雙水相體系為研究對象,考察了影響雙水相形成的因素以及對青霉素G的萃取特性,萃取率可達93.7%。萃取率受成相鹽濃度、初始青霉素濃度以及離子液體濃度的影響。青霉素濃度50000u/mL時,萃取的最佳參數(shù)為NaH2PO4·2H2O36%~38%(質(zhì)量分數(shù)、、離子液體40%~45%(體積分數(shù)。離子液體雙水相體系萃取青霉素的pH值在4~5之間,為弱酸性,青霉素降解率降低,萃取收率提高。萃取過程不發(fā)生乳化現(xiàn)象,有利于兩相分離。證實了離子液體雙水相萃取青霉素是一項高效分離青霉素的新技術(shù)[13]。Jiang等在[Bmim]BF4/NaH2PO4雙水相萃取發(fā)酵液中青霉素G的基礎(chǔ)上,往含有青霉素的離子液體相中加入疏水的[Bmim]PF6離子液體,形成混合離子液體/水兩相系統(tǒng)。在該系統(tǒng)水相pH=5時,加入青霉素?；杆馇嗝顾?副產(chǎn)品苯乙酸(PAA存于混合離子液體相,而目標產(chǎn)物6-氨基青霉烷酸(6-APA則在該pH下沉淀下來從而分離得到。與利用醋酸丁酯/水兩相系統(tǒng)在pH=4水解青霉素相比有兩個優(yōu)點:(1,在最佳pH=5時,通過改變[Bmim]PF6/[Bmim]BF4的摩爾比,對苯乙酸和青霉素有更好的選擇性;(2pH較大有利于青霉素?；傅幕钚院头€(wěn)定性。操作的流程如圖2[18]。116劉培元:離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展圖2.提取青霉素及其水解的流程圖AnaSoto等用[Omim][BF4]提取抗生素:羥氨芐青霉素和氨芐青霉素?？疾炝嗽诓煌琾H(pH=4,8(即在不同緩沖液下的萃取效果及分配系數(shù)。結(jié)果表明:pH較大時分配系數(shù)較大,這說明了抗生素的化學結(jié)構(gòu)影響其在富含離子液體相的溶解度,同時成功地采用NRTL模型對[Omim][BF4]雙水相體系進行了關(guān)聯(lián)[11]。3.2天然有機物的提取及純化天然有機物質(zhì)中有效特定成分的分離提取一直存有很大的困難。傳統(tǒng)的提取分離技術(shù)如溶劑浸提法、回流法、滲濾法等,存在產(chǎn)品回收率小,純度低,且成本高的問題。因此就資源的有效利用而言,研究開發(fā)出高收率、低成本、操作安全的新型分離技術(shù)顯得極為重要。李社紅、何池洋等用[Bmim]Cl/K2HPO4雙水相系統(tǒng)對鴉片生物堿中的可待因和罌粟堿進行預(yù)處理,以便處理后的物質(zhì)再用高性能液體色譜進行分離?？疾炝瞬煌}(KOH、K2CO3、K3PO4、K2HPO4與[Bmim]Cl構(gòu)成的雙水相液中的激素進行了萃取、分離。同時還比較了不同的離子液體的量、鹽的量和溫度對萃取效率的影響,又對實驗的線性、再現(xiàn)性、靈敏度進行了檢驗。結(jié)論表明:不同鹽雙水相系統(tǒng)的分相能力的順序如下:K2CO3≈K3PO4≈K2HPO4﹥KOH,最后取K2HPO4作為研究對象。綜合考慮萃取效率、產(chǎn)物的濃縮和原料的用量等因素,在5ml罌粟堿溶液(100u/ml中,加入3.8gK2HPO4和0.2g的[Bmim]Cl為最佳條件,萃取分離效率在80%以上[12]。另外,他們還用([Bmim]Cl/K2HPO4雙水相系統(tǒng)來分離人類尿樣中的睪丸激素(T和表睪(甾酮(MT。結(jié)果表明:3mL尿液中,加入0.2gIL和3.4gK2HPO4,所形成雙水相系統(tǒng)對睪丸激素和表睪(甾酮的萃取分離效率可達到80%~90%[10]。鄧凡政等采用([Bmim]BF4/NaH2PO4雙水相體系萃取分離莧菜紅。研究了鹽的濃度、離子液體濃度、溶液酸度、其它共存物質(zhì)對莧菜紅萃取率的影響。結(jié)果表明,NaH2PO4加入量在2~2.5g,離子液量在1.0~2.0mL,莧菜紅溶液量在1.5mL,溶液酸度在pH4~6范圍,離子液體雙水相體系對莧菜紅有較高的萃取率大于90%[19]。他們后來還將該雙水相萃取體系應(yīng)用于蘆丁的萃取分離研究,考察了離子液體用量、蘆丁的濃度、鹽的加入量、溶液酸度和加入其它物質(zhì)對蘆丁在兩相中分配的影響。結(jié)果表明:1.0~2.5mL的離子液體和1.0~2.0g的磷酸二氫鈉加入到0.5~2.5mL的盧丁溶液中,調(diào)節(jié)pH值在2~7范圍內(nèi),盧丁在離子液體雙水相體系中有較高的萃取率超過90%[20]。3.3在處理有毒物質(zhì)中的應(yīng)用117劉培元:離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展隨著全球化環(huán)境污染的日益加劇,人類的發(fā)展受到前所未有的威脅。對環(huán)境污染物進行有效的處理已迫在眉睫,然而一些排量多、危險性大的污染物的處理更是難上加難,主要因為這些污染物難于從排污廢物中有效的分離出來。因此對于這些排量多、危險性大的污染物而言,開發(fā)安全、有效的分離是相當有必要的。Rogers等利用[C4mim]Cl與K3PO4構(gòu)成的雙水相系統(tǒng),結(jié)合鹽析技術(shù)從裂變反應(yīng)產(chǎn)生的廢物中分離出99TcO4-有毒物質(zhì),實驗表明當水溶液中K3PO4的越大時有利于99TcO4-的提取分離。這種雙水相萃取分離取得了較好的效果,并且安全性高[21]。4離子液體/鹽雙水相體系的熱力學研究離子液體/鹽雙水相體系的熱力學研究包括:體系分相機理的研究、體系液液相平衡的研究、相平衡數(shù)據(jù)的測定、關(guān)聯(lián)及預(yù)測等。夏寒松等研究了離子液體/鹽雙水相的成相規(guī)律,分別考察了不同鹽、離子液體陰離子、離子液體頭部、離子液體側(cè)鏈、溫度對成相規(guī)律的影響。結(jié)果表明,減小離子液體頭部極性、增長疏水側(cè)鏈及采用疏水性陰離子都有利于雙水相形成,這三種因素是內(nèi)在關(guān)聯(lián)的,但改變陰離子對雙水相相行為的影響更明顯。升高溫度會阻礙短鏈離子液體雙水相的形成,但卻促進長鏈離子液體形成雙水相[22]。劉丙燕對離子液體[Bmim]BF4/[Bmim]Cl—H2O—Na2CO3兩個雙水相體系分相機理及影響分相能力的因素進行了研究。結(jié)果表明這兩個體系在某個區(qū)域內(nèi)都能夠形成較為溫和的萃取體系,可用于生物活性物質(zhì)的分離和提純。并采用Othmer-Tobias經(jīng)驗方程+溶解度方程法對30℃和40℃下的H2O-[Bmim]Cl/[Bmim]BF4-Na2CO3體系液液相平衡數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián),計算結(jié)構(gòu)表明,關(guān)聯(lián)最大相對誤差為4.52%,最大平均相對誤差為2.77%,關(guān)聯(lián)精度較高,該方法可適用于有一組分含量較低的體系的液液相平衡的關(guān)聯(lián)計算[23]。AnaSoto[11]成功地采用NRTL模型對[OMIM][BF4]雙水相體系的交互作用系數(shù)進行了關(guān)聯(lián)。此外,Zhang等首次對[Bmim]BF4-果糖-H2O雙水相進行了相平衡研究,結(jié)果表明該雙水相體系可在較寬的成相范圍,且當果糖含量在3-40%時體系隨溫度有明顯的變化。體系的雙節(jié)線可用五參數(shù)方程關(guān)聯(lián),相平衡用Othmer–Tobias方程和Bancroftcorrelations方程進行關(guān)聯(lián),相關(guān)系數(shù)都超過0.99[24]。目前對離子液體/鹽雙水相體系的熱力學研究還處于初級階段,還沒有形成系統(tǒng)理論,這使得離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的應(yīng)用缺乏必要的理論指導(dǎo)。5離子液體/鹽雙水相技術(shù)的局限和展望離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)是雙水相萃取技術(shù)一個新的分支,它具有傳統(tǒng)雙水相技術(shù)所不具備的諸多優(yōu)點,如分離效率高、可控制乳化、可回收離子液體等。但是作為一種新開發(fā)的分離技術(shù),離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)也必然存在許多不足,如離子液體雙水相的研究主要偏向于萃取分離的效果,而對其成相機理研究不夠、數(shù)據(jù)不足,因此在離子液體雙水相體系研究應(yīng)用時缺乏理論基礎(chǔ);所研究的離子液體種類并不是很多,主要偏于咪唑類和吡啶類的離子液體,但是唑唑類和吡啶類的離子液體相對昂貴;對使用后離子液體回收的研究也相對缺乏,這給離子液體雙水相在工業(yè)上的應(yīng)用帶來很大的局限性?？梢钥隙?隨著離子液體研究的更加成熟,將必然帶動離子液體/鹽雙水相技術(shù)的發(fā)展。目前亟需做的工作主要有以下幾個方面:廉價的離子液體/雙水相體系開發(fā);離子液體/鹽雙水相成相機理的研究;熱力學、動力學模型的建立及離子液體回收的研究等。當這些問題最終解決時,離子液體/鹽雙水相技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步拓寬,并能更好的應(yīng)用于工業(yè)中。參考文獻[1]AlbertssonPA.PartitionofCellParticlesandMacromolecules[M].3rdEd.,NewYork:Wiley-Interscience,1986[2]MariaTacianaHolandaCavalcanti,TatianaSouzaPorto,BeniciodeBarrosNeto,JoséLuizLima-Filho,AnaLúciaFigueiredoPortoandAdalbertoPessoa,Jr.Aqueoustwo-phasesystemsextractionofα-toxinfromClostridiumperfringenstypeA[J].J.Chromatogr.B,2006,833(2:135-140.[3]霍清,林強,趙玉娥.利用雙水相乙醇-磷酸氫二鉀體系萃取甘草有效成分的研究[J].精細化工,2002,19(2:65-67[4]ChenJ,LiuHZ,WangB,etal.Applicationofspontaneoussuctionphase—dispersing(SSPD118劉培元：離子液體/鹽雙水相萃取技術(shù)的研究進展extractorsintheextractionofpenicillinG[J].ApplBiochemBiotechnol,2002,97:660-671[5]SeddonKR.Ionicliquidsforcleantechnology[J].ChemTechBiotechnol,1997,68:351-356[6]WilkesJS,ZaworotkoMJ.Airandwaterstable1-ethyl-3-methyllimidazoliumbasedionicliquid[J].ChemSocChemCommun,1992,13:965-967[7]GutowskiEK,BrokerAG,RogersDR,etal.Controllingtheaqueousmiscibilityofionicliquids:Aqueousbiphasicsystemsofwater-miscibleionicliquidsandwater-structuringsaltsforrecycle,metathesis,andseparations[J].JAmChemSoc,2003,125:6632-6633[8]李汝雄,王建基.離子液體的合成與應(yīng)用[J].化學試劑,2001,23(4:211-215[9]劉術(shù)軍,離子液體—鹽—水新型雙水相體系的液液相平衡及其應(yīng)用[D].遼寧大學碩士學位論文,2005-5[10]HeC,LiS,LiuH,etal.Extractionoftestosteroneandepitestosteroneinhumanurineusingaqueoustwo-phasesystemsofionicliquidandsalt[J].Chromatogr.A,2005,1082:143-149.[11]AnaSoto,AlbertoArce,MohammadK.Khoshkbarchi,Partitioningofantibioticsinatwo-liquidphasesystemformedbywaterandaroomtemperatureionicliquid.Separat.Technol.2005,44:242-246[12]S.H.Li,C.Y.He,H.W.Liu,K.A.Li,F.Liu.Ionicliquid-basedaqueoustwo-phasesystem,asamplepretreatmentprocedurepriortohigh-performanceliquidchromatographyofopiumlkaloids[J].Chromatogr.B,2005,826:58-62[13]劉慶芬,胡雪生,楊屏等.離子液體雙水相萃取分離青霉素[J].科學通報,2005,50(8:756-759[14]鄧凡政等.離子液體雙水相體系萃取分離牛血清百蛋白[J].分析化學,2006,34(10:1451-1453[15]巴曉革,林錦興,邱召法.新型綠色分離體系——離子液體雙水相及其在生物分離中的應(yīng)用[J].化學世界,2007,4:240-252[16]ZhuoDu,Yong-LiangYu,andJian-HuaWang.Extractionofproteinsfrombiologicalfluidsbyuseofanionicliquid/aqueoustwo-phasesystem[J].Chem.Eur.J.2007,13,2130-2137[17]MariaJoseRuiz-Angel,VeronicaPino,SamuelCarda-Broch,AlainBerthod.Solventsystemsforcountercurrenthromatography:Anaqueoustwophaseliquidsystembasedonaroomtemperatureionicliquid[J].Chromatogr.A,2007,1151,65-73[18]YangyangJiang,HansongXia,ChenGuo,IramMahmood,andHuizhouLiu.EnzymaticHydrolysisofPenicillininMixedIonicLiquids/WaterTwo-PhaseSystem[J].Biotechnol.Prog.2007,23,829-835[19]鄧凡政,郭東方.離子液體雙水相萃取分離莧菜紅的研究[J].分析實驗室,2007,26(6:15-17[20]鄧凡政,郭東方.蘆丁在離子液體雙水相中分配性能[J].應(yīng)用化學,2007,24(7:838-840[21]RobinD.Rogers,etal.Aqueousbiphasicsystemsbasedonsalting-outpolyethyleneglycolorionicliquidsolutions:strategiesforactinideorfissionproductseparation.PreprintsofExtendedAbstractspresentedattheACSNationalMeeting,AmericanChemicalSociety,DivisionofEnvironmentalChemistry2004,44,403-407[22]夏寒松等.離子液體相行為(Ⅱ雙水相的成相規(guī)律[J].化學學報,2006,57(9:2149-2151[23]劉丙燕等.[Bmim]BF4-H2O-NaCO3離子液體雙水相體系液葉相平衡數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián)[J].化工學報,2007,58(8:1885-1890[24]YanqiangZhang,SuojiangZhang,YuhuanChen,JianminZhang.Aqueousbiphasicsystemscomposedofionicliquidandfructose[J].FluidPhaseEquilibria,2007,257:173-176（下轉(zhuǎn)第107頁）王鑫：160ph全液壓推土機匹配參數(shù)設(shè)計方法107ns≤npHpH液壓泵的轉(zhuǎn)速均能夠滿足轉(zhuǎn)速要求。(11同時應(yīng)根據(jù)泵的供油量重新校核馬達的實際轉(zhuǎn)速（由前向后），因為以上選定的泵排量通常大于要求排量，馬達實際轉(zhuǎn)速會比要求轉(zhuǎn)速略高。對于變量馬達，應(yīng)同時確保最大排量和最小排量兩種工況下的使用轉(zhuǎn)速均不超過其標定值。5160ph全液壓推土機的行駛液壓系統(tǒng)合理匹配參數(shù)根據(jù)以上所述，采用圖3所示的發(fā)動機，我們設(shè)計了160ph全液壓推土機，具體參數(shù)如表所示：表160ph全液壓推土機合理匹配參數(shù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速1900r/min分動箱速比0.763液壓泵90ml/r液壓馬達140ml/r終減速72.530.435m驅(qū)動半徑據(jù)此參數(shù)試制樣機通過現(xiàn)場試驗，性能能夠達到預(yù)期要求。（上接第118頁）6結(jié)論本文主要研究了全液壓推土機的匹配問題，結(jié)合前期成果，得到了以下幾點結(jié)論：（1）本文總結(jié)了全液壓推土機的設(shè)計方法，并羅列了相關(guān)設(shè)計參數(shù)。（2）選擇了用液壓泵截止壓力匹配最大切線牽引力行駛液壓驅(qū)動系統(tǒng)匹配方法，此種匹配下的額定壓力會稍高于按照元件降額匹配原則確定的額定壓力，但更能適應(yīng)全液壓推土機的實際情況，充分發(fā)揮液壓元件的能力。（3）通過液壓驅(qū)動系統(tǒng)和牽引力的分析，確定了160ph全液壓推土機的工作重量為18200kg，最大切線牽引力為264kN。（4）按照角功率法，給出了全液推土機行駛液壓驅(qū)動系統(tǒng)的匹配計算方法，依據(jù)此算法，計算了160ph全液壓推土機行駛液壓驅(qū)動系統(tǒng)的匹配參數(shù)。參考文獻[1]顧海榮.160ph全液壓推土機匹配參數(shù)研究.長安大學碩士論文.2005：4[2]劉正富.全液壓推土機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究.長安大學碩士論文.2004：4[3]姚懷新.行走機械液壓傳動與控制.人民交通出版社，2002：2TheResearchdevelopmentofIonicliquids/saltaqueoustwo-phaseextractiontechnique.Pei-yuanLiu,Guo-pingWang(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,HuaqiaoUniversity,Quanzhou362021,Fujian,ChinaAbstract:Ionicliquids/saltaqueoustwo-phasesystemsisanovelaqueoustwo-phaseextractiontechnique.Aqueoustwo-phasesystembasedionicliquidshavesomeuniqueadvantagesthantraditional.Thisreviewsummarizestheapplicationsofionicliquids/saltaqueoustwo-phasesystemsinbiochemicalindustry,separationofnaturalorganics,removaloftoxicant.Theshortagesofthetechniquewerepointedoutandtheprospectsinfuturewereindicated.Keywords:Ionicliquids/saltaqueoustwo-phasesystem;extraction;separation;applications收稿日期:2021-07-07項目來源:中國農(nóng)業(yè)科學院項目(0032021031作者簡介:李強(1981-,男,研究實習員,主要從事農(nóng)業(yè)固體廢棄物處理研究。,沼氣干發(fā)酵技術(shù)研究進展李強1,曲浩麗2,承磊1,張云飛1,賀靜1,陳永生2,尹小波1(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所農(nóng)業(yè)部能源微生物與利用重點開放實驗室,成都610041;2.農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所,南京210014摘要:開發(fā)和利用沼氣干發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)業(yè)廢棄物、禽畜糞便和市政垃圾,對于解決能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化和減少CO2排放具有深遠的意義。本文對國內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究現(xiàn)狀、工藝條件及技術(shù)裝備等方面進行了綜述。關(guān)鍵詞:沼氣;干發(fā)酵;固體有機廢棄物中圖分類號:S216.4文獻標識碼:A文章編號:1000-1166(202105-0010-05ResearchProgressonBiogasDryFermentation/LIQiang1,QUHao-li2,CHENGLei1,ZHANGYun-fei1,HEJing1,CHENYong-sheng2,YINXiao-bo1/(1.KeyLaboratoryofEnergyMicrobiologyandApplication,Cheng-du610041,China;2.NanjingResearchInstituteForAgriculturalMechanizationMinistryofAgriculture,Nanjing210014,ChinaAbstract:Exploitingandutilizingofbiogasdryfermentationtreatingruralwaste,livestockwasteandmunicipalwastehasprofoundsignificanceinsolvingthefuelshortages,environmentaldeteriorationandgreenhousegasemissions.Inthispaper,theresearchstatusofbiogasdryfermentation,processconditionsandtechnicalequipmentwerereviewed.Keywords:dryfermentation;solidwaste;biogas1引言在能源短缺、全球變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下,節(jié)能減排、高效利用資源和發(fā)展新能源成為全世界的當務(wù)之急。據(jù)統(tǒng)計,我國已成為世界上固體有機廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達7億多噸,可供青貯的莖葉等鮮料約10億噸,鋸末、刨花等林業(yè)廢棄物1.6萬噸,畜禽糞便排放量134億噸,城市垃圾7萬噸以上。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加,這些廢棄物以年均5%～10%的速度遞增[1]。有機固體廢棄物的處置不當,不僅造成了資源的浪費,同時也污染了自然環(huán)境。農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便和城市生活垃圾蘊藏著可以被利用的巨大能量。在眾多固體有機廢棄物資源化利用的技術(shù)中,沼氣干發(fā)酵技術(shù)是國內(nèi)外研究的熱點和重點發(fā)展方向之一,本文將對國內(nèi)外沼氣干發(fā)酵的研究和應(yīng)用技術(shù)做一些綜述。2沼氣干發(fā)酵研究概況我國干法發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用源遠流長,自古以來我國就采用干法發(fā)酵工藝釀酒、生產(chǎn)堆肥。國內(nèi)對沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究起步于上世紀80年代,在1988年繆則學[3]等人就將沼氣干發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于畜禽糞便的發(fā)酵,研究了適宜于吉林省農(nóng)村溫暖季節(jié)應(yīng)用的干發(fā)酵工藝。邊文驊[4]等設(shè)計了橫蓖板水壓式干發(fā)酵沼氣池并將其應(yīng)用。葉森[5]等人從1986年開始研究自動排料沼氣干發(fā)酵裝置和相應(yīng)的半連續(xù)發(fā)酵工藝,并于1988年通過了相關(guān)部門的技術(shù)鑒定。李秀金[6]等人提出了采用NaOH處理改善玉米秸稈的可生物消化性能。隨著沼氣干法發(fā)酵技術(shù)研究的成熟,規(guī)?；恼託飧煞òl(fā)酵工程應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)已成為發(fā)展的主流,韓捷[7]等人近年來研發(fā)了一種MCT沼氣干發(fā)酵技術(shù)及裝備。國外對沼氣干法發(fā)酵的研究主要集中于城市垃圾的處理[8],德國、法國、丹麥等國家技術(shù)發(fā)達國家早在20世紀80年代就對沼氣干發(fā)酵進行研究。德10中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5利亞州的別費慕公司在德國中試研發(fā)的基礎(chǔ)上,研發(fā)出了商業(yè)實用的技術(shù),通過了德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會TUV的干式沼氣發(fā)酵成套設(shè)備技術(shù)安全認證,成為了德國第一個商用級間歇式干式沼氣站的公司。2006年10月美國加州大學DAVIS分校研制的儲罐型干法沼氣發(fā)酵裝置點火成功。3沼氣干發(fā)酵技術(shù)的研究沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵,它是以秸稈、生活垃圾、和畜禽糞便等固體有機廢棄物為原料,利用厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣,反應(yīng)體系中的TS含量達到20%～40%。沼氣干發(fā)酵中采用的菌種和工藝條件的控制會直接影響干發(fā)酵的3.1沼氣干發(fā)酵的微生物菌群與常規(guī)沼氣發(fā)酵的機制相同,厭氧干發(fā)酵的過程同樣包括水解階段、酸化階段、產(chǎn)甲烷反應(yīng)階段(見圖1[9]。這幾個階段由發(fā)酵性細菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷古菌三個功能菌群的微生物共同完成。水解階段中多糖、蛋白質(zhì)及脂類、纖維素等在某些細菌的作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸等長鏈脂肪酸和醇類及一定量的氫、二氧化碳。這個過程中,細菌大多數(shù)為嚴格厭氧菌,如梭狀芽胞桿菌,雙歧桿菌。此外,也包括鏈球菌和腸桿菌科一些兼性厭氧菌。酸化階段主要是產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將較高的揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸、氫及二氧化碳。典型的菌是Acetobacteriumwoodii和Clostridiumaceticum.在發(fā)酵過程中,氫分壓的高低對有機物的降解有一定的調(diào)節(jié)作用,產(chǎn)氫微生物只有在耗氫微生物共存的條件下才能生長。圖1厭氧干發(fā)酵機制高度專化的古菌-產(chǎn)甲烷菌來完成,它們主要是利用氫產(chǎn)甲烷菌和利用乙酸產(chǎn)甲烷菌兩大類群。如Methanosarcinabarkeri,Metanonococcusmazei,Metha-notrixsoehngenii。厭氧干發(fā)酵常用的菌種有沼渣、下水道污泥等。接種物一般不低于發(fā)酵料重量的30%,且要有良好的活性。接種合適的菌種是干發(fā)酵的一關(guān)鍵步驟。我國80年代就開始了對沼氣干發(fā)酵菌種的研究,羅德明[10]等人研究了菌種對不同干物質(zhì)產(chǎn)氣的影響。閆志英[11]以秸稈為沼氣發(fā)酵原料,發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)復(fù)合菌劑預(yù)處理后,產(chǎn)氣量比未加復(fù)合菌劑預(yù)處理的對照組提高。近幾年來隨著分子生物學的發(fā)展,DGGE[12]技術(shù)應(yīng)用于干發(fā)酵菌群的分析,RowenaT采用PCR-DGGE技術(shù),使用不同的引物對干發(fā)酵過程中的金黃色葡萄球菌及乳酸菌進行檢測。T-RFLP[13],LH-PCR[14],SSCP[15]技術(shù)也廣泛應(yīng)用于微生物干發(fā)酵的研究,利用這些技術(shù)對沼氣干發(fā)酵的菌群的多樣性進行研究、檢測產(chǎn)甲烷菌群的變化,篩選出新的高效干發(fā)酵菌種,從而更好的優(yōu)化了工藝條件、增加產(chǎn)氣量。通過克隆文庫方法可以確定微生物的種群和多樣性,同時可以發(fā)現(xiàn)更多的未培養(yǎng)的適合干發(fā)酵的產(chǎn)甲烷微生物。在沼氣干發(fā)酵過程中纖維素、半纖維素難于被一般微生物分解,這是干發(fā)酵的難點。Romano[16]等指出在沼氣發(fā)酵過程中,纖維素和半纖維素的降解是厭氧消化的限速步驟,提高水解速率是厭氧消化過程中提高生物量轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵。尋找纖維素降解的高效菌株是增加沼氣干發(fā)酵產(chǎn)氣量的有效途徑。他們通過實驗比較了添加不同酶預(yù)處理后秸桿的產(chǎn)氣情況,并通過16SrDNA測序分析了占優(yōu)勢地位的厭氧菌群。3.2沼氣干發(fā)酵的影響因素現(xiàn)有的研究結(jié)果表明:在沼氣干發(fā)酵過程中溫度是調(diào)控發(fā)酵菌群、強化產(chǎn)氣的重要手段。在常溫發(fā)酵條件下,發(fā)酵料液溫度隨季節(jié)的變化受氣溫、地溫的直接影響,波動較大,導(dǎo)致微生物生長和沼氣產(chǎn)量均不穩(wěn)定;中溫發(fā)酵的溫度控制在30℃～38℃之間,在該溫度條件下微生物的形成穩(wěn)定的優(yōu)勢種群,其生長代謝穩(wěn)定,沼氣產(chǎn)量較高;高溫發(fā)酵的溫度在50℃～55℃之間,此時微生物對原料分。艾平[17]等人通過正交試驗,研究了厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便過程中發(fā)酵溫度,得到了厭氧干發(fā)酵處理的優(yōu)化工藝條件:發(fā)酵溫度為55℃,C/N為12.5。FatmaA[18]在37℃,55℃及65℃條件下對雞糞進行批量式干發(fā)酵試驗,55℃及65℃進行的發(fā)酵樣品未檢測到甲烷,而在中溫37℃的情況下對雞糞進行干發(fā)酵,培養(yǎng)254天,取得了較好的產(chǎn)氣效果(31mL·gVS-1。BujoczekG[19]則認為:以雞糞為原料,固含量超過21.7%的情況下35℃進行發(fā)酵,產(chǎn)生效果不太好。適宜的pH值環(huán)境對沼氣的沼氣干發(fā)酵效果有著至關(guān)重要的作用。沼氣干發(fā)酵的最適pH值為6.8～7.4,6.4以下或7.6以上都對產(chǎn)氣有抑制作用,pH值在5.5以下,產(chǎn)甲烷菌的活動則完全受到抑制?？刂瓢l(fā)酵體系的pH值(7.0～7.2,使產(chǎn)甲烷菌處于最佳的生存狀態(tài),是提高水稻秸稈發(fā)酵產(chǎn)沼氣的關(guān)鍵[20]。與常規(guī)的沼氣發(fā)酵相似,適當?shù)奶砑游⒘吭啬軌虼龠M微生物的生長和代謝。微量元素鎳、鈷能夠顯著影響稻草干發(fā)酵的日產(chǎn)氣量,適當?shù)奶砑渔?、鈷有利于甲烷菌的生長,但過高的添加量反而會抑制甲烷菌的生長[21]。馬詩淳[22]從微生物代謝調(diào)控的角度出發(fā),研究纖維素厭氧分解菌和篩選促進纖維素降解產(chǎn)甲烷的刺激因子,發(fā)現(xiàn)不同刺激因子對微生物群落結(jié)構(gòu)的組成和豐度影響顯著,同一刺激因子不同培養(yǎng)時間的微生物群落結(jié)構(gòu)變化明顯。另外適量的添加水解酶能夠增加沼氣的產(chǎn)量[23～24]。3.3沼氣干發(fā)酵的原料3.3.1農(nóng)作物秸桿隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展及建設(shè)社會主義新農(nóng)村的步伐,農(nóng)作物秸稈作為一種可利用的再生能源,越來越受到人們的重視。在厭氧干發(fā)酵中,一般可采用水稻、玉米、小麥、花生等農(nóng)作物秸稈為發(fā)酵原料。農(nóng)作物秸桿在干發(fā)酵的過程中降解比較復(fù)雜,原料的產(chǎn)氣率較低。國內(nèi)一些學者[25～27]通過秸桿的預(yù)處理及發(fā)酵工藝的控制來提高產(chǎn)氣率。張望等人以稻秸為原料,在中溫生物反應(yīng)器內(nèi)進行厭氧干發(fā)酵,研究了稻秸發(fā)酵過程中的生物氣產(chǎn)量,pH值,滲濾液COD及甲烷含量的變化。焦靜[28]等人以不同比例配制原料,進行厭氧發(fā)酵試驗,研究了草糞比對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響。2城市生活垃圾有多種處理技術(shù),厭氧干發(fā)酵技術(shù)是其中一種經(jīng)濟、合理的處理方法。國外在上世紀90年代就將厭氧干發(fā)酵技術(shù)用于城市垃圾的處理,運用瑞士的Kompogas工藝,日本、瑞士等國已經(jīng)建立約18個高溫干式厭氧垃圾處理工廠。國內(nèi)早在1995年劉曉風[29]就采用厭氧消化污泥作接種物對城市有機垃圾進行了處理。后來冷成保[30]等人提出了生活垃圾的暗河式干發(fā)酵處理研究及其工藝設(shè)想,這種處理方法具有垃圾處理量大、垃圾可以得到及時即地處理、占用土地少等優(yōu)點。城市污水處理廠每天要產(chǎn)生大量的市政污泥,其處理技術(shù)一直未能很好地解決。謝震震[31]以脫水污泥作為底物,模擬污水廠脫水污泥在填埋場中的生物降解過程,進行了脫水污泥干發(fā)酵的實驗研究,為污泥的填埋穩(wěn)定化提供了理論指導(dǎo)。4沼氣干發(fā)酵裝置的相關(guān)研究德國于90年代起,開始進行間歇式干法沼氣發(fā)酵技術(shù)及工業(yè)級裝備的研發(fā)。目前歐洲的干法沼氣發(fā)酵技術(shù)主要有:車庫型、氣袋型、滲出液存儲桶型、干濕聯(lián)合型和立式罐型等。我國在21世紀初開始了大型干法厭氧發(fā)酵反應(yīng)器研究,目前還處于小試研究階段。甘如海[32]等自行設(shè)計了臥式螺帶式攪拌發(fā)酵罐來進行厭氧干發(fā)酵。韓杰等[33]研制出新型沼氣干法發(fā)酵反應(yīng)器—覆膜槽生物(MCT反應(yīng)器,并以MCT反應(yīng)器為核心,改進和優(yōu)化集成現(xiàn)有沼氣技術(shù),開發(fā)出新型規(guī)?；煞ㄕ託獍l(fā)酵技術(shù)與成套裝備。干發(fā)酵底物固體含量較高,發(fā)酵原料存在的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難。接種物與底物混合有一定難度。在沼氣工程中設(shè)置混合攪拌裝置,可以提高反應(yīng)的傳質(zhì)效率,加快產(chǎn)沼氣過程的進行[34],法國JGuendouz[35]在中溫條件下對完全混合反應(yīng)器進行了研究。5沼氣干發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用厭氧干發(fā)酵的優(yōu)點在于系統(tǒng)穩(wěn)定、處理量大、占地小、節(jié)水等。國外目前干發(fā)酵厭氧工藝一般采用干式單級發(fā)酵系統(tǒng)。其中Dranco工藝-比利時Brecht處理廠、Biocel工藝-荷蘭Ielystad處理廠、瑞士Kompogas工藝、法國Valorga工藝在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有機物的處理。四種工藝特點如表1所4ra12中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5理廠,其中以比利時Brecht二期Dranco沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)為代表,瑞士等國家Kompogas工藝建立至少12個大型工程。而Valorga工藝在瑞士、德國、西班牙、比利時等國家均有利用。表1四種工藝特點工藝類型處理量t·a-1固含量%溫度℃停留時間dBiocel工藝5000030～4035～4010Dranco工藝11000～3500015～4050～5820(15～30Kompoga工藝10,00030～455415～18Valorga工藝10000～21000025～35無14～28我國目前大型的干發(fā)酵處理工程尚處于技術(shù)研發(fā)階段,其技術(shù)模式還有待進一步檢驗。國內(nèi)在干發(fā)酵利用方面進行了一些研究。張無敵[36]等人針對干發(fā)酵設(shè)備復(fù)雜、操作煩瑣、產(chǎn)氣不均衡等不宜推廣使用的局限,發(fā)明了一種結(jié)構(gòu)簡單,低成本的干發(fā)酵循環(huán)連續(xù)式沼氣發(fā)酵的工藝方法,有效解決干發(fā)酵產(chǎn)氣不均衡的缺點,實現(xiàn)對有機廢棄物的連續(xù)發(fā)酵和均衡產(chǎn)氣。趙國明[37]等設(shè)計了一套對厭氧干法發(fā)酵技術(shù)進行改進,通過應(yīng)用新型生物反應(yīng)器和與之相配套的厭氧發(fā)酵工藝,可以再增加產(chǎn)氣量、提高運行負荷、簡化后處理工序。由于沼氣干發(fā)酵中發(fā)酵原料存在嚴重的濃度梯度,傳熱、傳質(zhì)困難,對于沼氣發(fā)酵至關(guān)重要的pH值、反應(yīng)溫度等很難控制,對發(fā)酵設(shè)備的技術(shù)條件要求高,造成在厭氧干發(fā)酵工藝控制方面存在一些困難。目前厭氧干發(fā)酵過程中只有少量的幾個參數(shù)能夠得到實時的測量,而厭氧干發(fā)酵過程的復(fù)雜性,發(fā)酵過程中很難找到一個簡單而合適的控制參數(shù)[38]。因此需要對厭氧干發(fā)酵的工藝控制理論和技術(shù)條件進行深入的研究。6展望我國的能源生產(chǎn)及消費呈現(xiàn)出“富煤、缺油、少氣”以及新型能源短缺發(fā)展滯后的結(jié)構(gòu)特征。在當前應(yīng)對氣候變化的情況之下,發(fā)展低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為世界性的潮流。厭氧干發(fā)酵技術(shù)在各種固體有機廢棄物資源化利用上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢,但由于各國該項技術(shù)研發(fā)起步較晚,在工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域處于實驗階段,以下方面的研究工作有待進一步的完善。厭氧干發(fā)酵產(chǎn)量,需進一步的研究干發(fā)酵過程中微生物的群落信息,并采用分子手段獲得的目標菌群的豐度和變化的相關(guān)信息來準確反映反應(yīng)器系統(tǒng)的真實情況,進一步加強發(fā)酵過程的調(diào)控。我國干法沼氣發(fā)酵技術(shù)裝備起步較晚,專用設(shè)備較為缺乏,開發(fā)多功能秸稈粉碎技術(shù)及機具、規(guī)?；煞▍捬醢l(fā)酵裝置、原料提升設(shè)備,高效生物顆粒肥料成型技術(shù)與機具,提高干法厭氧發(fā)酵工程質(zhì)量的專用工裝、模具、規(guī)?；煞▍捬醢l(fā)酵的工程設(shè)施與關(guān)鍵設(shè)備,能給干發(fā)酵系統(tǒng)的可靠運行提供裝備保障,提高發(fā)酵效果。參考文獻:[1]李鵬,王文杰.我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用現(xiàn)狀及開發(fā)前景[J].天津農(nóng)業(yè)科學,2021,15(3:46-49.[2]余昆朋.城市生活垃圾厭氧消化技術(shù)進展[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2003,11(1:16-20.[3]繆則學,宋明芝.北方農(nóng)村沼氣池干發(fā)酵的應(yīng)用實驗[J].中國沼氣,1988,6(4:23-25.[4]邊文驊,董敬華,彭立風.腐植酸發(fā)酵形成腐植酸的周期及其規(guī)律的研究[J].河北師范大學學報,1996,20(3:78-79.[5]葉森,魏吉山,趙哈樂,等.自動排料沼氣干發(fā)酵裝置[J].中國沼氣,1989(4:17-19.[6]羅慶明,李秀金,朱保寧,等.NaOH處理玉米秸稈厭氧生物氣化試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2005(2:17-19[7]韓捷,向欣,李想.覆膜槽沼氣規(guī)?；砂l(fā)酵技術(shù)與裝備的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2021(10:100-104.[8]Mata-AlvarezJ,MaceS,LlabresP.Anaerobicdiges-tionoforganicsolidwastes.Anoverviewofresearcha-chievementsandperspectives[J].BioresourceTechnolo-gy,2000,74:3-6.[9]PeterW.Biogasproduction:currentstateandperspectives[J].ApplMicrobiolBiotechnol,2021,85:849–860.[10]羅德明,李炎章,楊萬華.沼氣干發(fā)酵研究—菌種水質(zhì)對干發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響[J].中國沼氣,1983,(1:3-6.[11]閆志英,袁月祥,劉曉風,廖銀章,賀蓉娜.復(fù)合菌劑預(yù)處理秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學學報,2021,27(2:176-179.[12]FontanaC,VignoloG,CocconcelliPS.PCR-DGGEa-nalysisfortheidentificationofmicrobialpopulationsfromArgentineandryfermentedsausages[J].JournalofMi-,,633-13中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5[13]SawamuraH,YamadaM,EndoK,etal.Characteriza-tionofmicroorganismsatdifferentlandfilldepthsusingcarbon-utilizationpatternsand16SrRNAgenebasedT-RFLP[J].JournalofBioscienceandBioengineering,2021,109(2:130-137.[14]MillsDK,EntryJA,VossJD,etal.AnAssessmentoftheHypervariableDomainsofthe16SrRNAGenesforTheirValueinDeterminingMicrobialCommunityDiversi-ty:TheParadoxofTraditionalEcologicalIndices[J].FEMSMicrobiolEcol,2006,57(3:496-503.[15]YeChen,JayJC.AnaerobicProcessesinWasteTreat-ment[J].WaterEnvironmentResearch,2005,77:(6,1347-1388.[16]RowenaT,RuihongZ,SarahT,JefferyA.TheeffectofenzymeadditiononanaerobicdigestionofJoseTallWheatGrass[J].BioresourceTechnology,2021,100,4564-4571.[17]艾平,張衍林,袁巧霞,等.厭氧干發(fā)酵處理畜禽糞便的影響因子[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報,2021,28(3:377-380.[18]FatmaA,YutakaN,NaomichiN.Drymesophilicfer-mentationofchickenmanureforproductionofmethanebyrepeatedbatchculture[J].JournalofBioscienceandBi-oengineering,2021,107,(3:293-295.[19]BujoczekG,OleszkiewiczJ,SparlingRandCenkowskiS.Highsolidanaerobicdigestionofchickenmanure[J].AgricEngRes,2000,76:51–60.[20]王永澤,邵明勝,王志,陳雄,李冬生.pH值對水稻秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].湖北工業(yè)大學,2021,37(31:15093-1509.[21]全桂香,常志州,葉小梅.不同底物沼氣干發(fā)酵啟動階段的產(chǎn)酸特征研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2021,1:225-227.[22]馬詩淳.沼氣發(fā)酵微生物代謝調(diào)控技術(shù)研究[D].成都:農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所,2021.[23]GerhardtM.Theuseofhydrolyticenzymesinagriculturalbiogasproduction.In:ProgressinBiogas[J].Stuttgart-Hohenheim,2007,1:247-254.[24]SchimpfU,ValbuenaR.Increaseinefficiencyofbi-omethanationbyenzymeapplication[J].BornimerAgrar-technischeBerichte,2021,68:44-56.[25]何榮玉,閆志英.秸稈干發(fā)酵沼氣增產(chǎn)研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學報,2007,13(4:583-585.[26]邊義,劉慶玉,李金洋.玉米秸稈干發(fā)酵制取沼氣的試驗[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2007,38(3:440-442.[],,秸稈產(chǎn)沼氣[J].四川農(nóng)業(yè)大學學報,2021,27(2:176-179.[28]焦靜,王金麗,鄧怡國,等.草糞比對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學,2021,1:51-54.[29]劉曉風,廖銀章.城市有機垃圾厭氧干發(fā)酵研究[J].太陽能學報,1995,16(2:170-173.[30]冷成保,肖波,楊家寬.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程,2001,19(4:45-47.[31]謝震震,張華.脫水污泥在干發(fā)酵過程初期的生物降解規(guī)律研究[J].中國資源綜合利用,2007,25(4:30-32.[32]甘如海.畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應(yīng)器的研究設(shè)計[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學,2004.[33]韓捷,向欣,李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑---覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè),2021,4:12-16.[34]劉刈,王智勇,孔垂雪,等.沼氣發(fā)酵過程混合攪拌研究進展[J].中國沼氣,2021,27(3:26-30.[35]GuendouzaJ,BuffiereP.Dryanaerobicdigestioninbatchmode:Designandoperationofalaboratory-scale,com-pletelymixedreactor[J].WasteManagement,2021:1-3.[36]張無敵.沼氣干發(fā)酵多罐循環(huán)連續(xù)工藝方法[D].云南:云南師范大學,2021.[37]趙國明,規(guī)模化干法沼氣發(fā)酵技術(shù)及裝備的研究與示范[D].吉林:吉林大學,2021.[38]BrauerA,WeilandP.KontinuierlicheWasserstoffmessungzurBeurteilungderProzessstabilit?tvonFermentationsver-suchen[J].VDIBerichte,2021,2057:2237-2247.《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》征訂啟示《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》由農(nóng)業(yè)部主管,中國農(nóng)業(yè)科學院主辦,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心中國綠色食品發(fā)展中心協(xié)辦,由中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所承辦。本刊為雙月刊,逢雙月10日出版。大16開本,彩色四封,64頁。全國各地郵局(所均可訂閱,也可直接到本刊編輯部辦理訂閱手續(xù)。郵發(fā)代號:82-223。每冊定價:10.00元,全年共60.00元。通訊地址:北京市中關(guān)村南大街12號中國農(nóng)科院質(zhì)標所《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》編輯部郵政編碼:100081聯(lián)系/:(01082106522、82106521cn14中國沼氣ChinaBiogas2021,28(5第27卷第9期2006年9月小型微型計算機系統(tǒng)MINI-MICROSYSTEMSVol127No.9Sep.2006小波視頻編碼中運動補償技術(shù)研究進展房勝1,梁永全1,鐘玉琢21(2(山東科技大學計算機科學與技術(shù)系,山東青島266510)清華大學計算機科學與技術(shù)系,北京100084)E2mail:fangsheng@摘要:近年來小波視頻編碼技術(shù)在快速發(fā)展,作為視頻編碼核心步驟的運動補償技術(shù)更是受到了高度重視.許多用于提高編碼效率和提供新功能的觀點和方法被提出.在介紹小波視頻編碼技術(shù)特點和基本方法的基礎(chǔ)上,著重介紹了運動補償技術(shù)在時域和小波域?qū)崿F(xiàn)的最新進展,并對發(fā)展趨勢進行了展望.關(guān)鍵詞:運動補償;小波視頻編解碼;MCTF;可擴展性中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:100021220(2006)0921737204AdvancesinMotionCompensationforWavelet-BasedVideoCodec112FANGSheng,LIANGYong2quan,ZHONGYu2zhuo1(2(DepartmentofComputerScienceandTechnology,ShandongUniversityofand,QdChina)DepartmentofComputerScience&Technology,TsinghuaUniversity,Bing)Abstract:Inlastdecades,thewavelet2basedvideocodec.Asakeyroleofvideocodecthemotioncom2.ewnewpracticaldesignsforhighefficiencyandpowerfulpensationhasbeenreceivingmoreandmofunctionswerepromptedoutoneononofthecharacteristicsandfundamentalmethodofwavelet2basedvideocodec,ththeofmotioncompensationimplementationintemporalandwaveletdomain,fi2nallythefutureentout.Keywords:motionon;wavelet2basedvideocodec;MCTF;scalabilities1引言(PervasiveComputing)概念的提近年來隨著“普適計算”出,“無所不在的計算”已經(jīng)成為計算機發(fā)展的大趨勢.不遠的將來運動序列圖像將主要是通過網(wǎng)絡(luò)進行分發(fā),無論是無線的還是有線的,而這些信道的帶寬總是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況而變化.視頻信號還會被不同的設(shè)備存儲,也會被不同性能的設(shè)備處理和播放,如DVD,PC,投影機,甚至是.在未來各種編碼標準的努力方向不再僅僅是致力于提高編碼的效率,還要求提供額外的功能,這主要包括內(nèi)容的多層描述、解碼時對壓縮信息的各種有效操作等.例如靜態(tài)圖像壓縮標準隨JPEG2000[1]支持漸進傳輸、ROI(RegionOfInteresting)、機存取等特性,這些特性在異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中具有廣闊的應(yīng)用前景,如遠程醫(yī)療,數(shù)碼相機等.這些要求同樣反映到了對視頻編碼技術(shù)的要求中[2,3].視頻編碼系統(tǒng)中的可擴展性(scalability)包括空域可擴展性(分辨率擴展),時域可擴展性(幀率擴展),質(zhì)量可擴展性和復(fù)雜度可擴展性等[2].所謂可擴展性是指對于一次編碼后的碼流可以進行多種情況下的解碼,解碼獲得的重構(gòu)視頻質(zhì)量與解碼端能力相關(guān).在視頻編碼中,傳統(tǒng)的標準如MPEG和H.26x等,一直采用的是運動補償預(yù)測和基于DCT塊變換相結(jié)合的方式,由于預(yù)測環(huán)路循環(huán)結(jié)構(gòu)的存在,對于可擴展性的要求顯然不能得到滿足.在視頻壓縮領(lǐng)域可擴展性的要求仍然是一個開放的亟需研究的領(lǐng)域.隨著最近幾年小波技術(shù)在運動補償實現(xiàn)上的突破,基于小波的視頻編解碼技術(shù)成為一種現(xiàn)實的可實現(xiàn)的可擴展性編碼機制,并成為新的MPEG標準候選方案[3].同傳統(tǒng)的視頻編解碼標準相比,小波視頻編解碼技術(shù)有眾多優(yōu)勢:解碼時在不同的碼率和分辨率上進行,由于不存在類似現(xiàn)有標準的預(yù)測環(huán)路結(jié)構(gòu),所以不會出現(xiàn)錯誤漂移;可以靈活的進行長程或者短程時域冗余去除;可以根據(jù)情況選擇時域和空域分解級,濾波器實現(xiàn)方法等.因此小波視頻編解碼技術(shù)可