先进的生物技术

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先进的生物技术范文第1篇

关键词：生物基聚酰胺；聚酰胺纤维；可再生资源；生物技术

中图分类号：TQ342+.1 文献标志码：A

Latest Technology Developments of Bio-based Polyamide and Its Fiber

Abstract： In recent years， the constantly growing public awareness and interests in bio-based plastics around world has improved the development of several kinds of bio-polymer including polyamide. This article reviewed the development status-quo of global polyamide industry， and gave a detailed introduction on the latest R&D developments of bio-based PA6， Pa66 and long-chain polyamides as well as their down-stream products.

Key words： bio-based polyamide； polyamide fiber； renewable resources； bio-technology

1 全球聚酰胺材料的发展概况

根据统计，聚酰胺（PA）材料的38%用作纤维，46%注塑成型，14%挤压成型，其余深加工制品大约占2%左右。PA纤维（主要包括PA6和PA66）是仅次于聚酯纤维的第二大合成纤维品种。在过去的10年中，全球PA纤维生产呈持续下滑趋势，2010 ― 2012年间西欧地区的PA市场下降了6%，美国下降了9%，2012年全球PA纤维产量维持在400.81万t。

与此同时，中国PA纤维的产能不断拓展。据统计，2005― 2010年期间的年增长率一直保持在17.69%，这在一定程度上缓冲了全球PA及其纤维制品的下跌形势，2012年国内PA纤维产量达到181.46万t，其中长丝纱173.0万t，短纤维8.44万t，设备的运转率视品种不同在70% ～ 83%之间。

全球性经济减速影响下的PA纤维产量的变化，主要对PA长丝纱和短纤维的市场供给产生了较大影响，同时产业用纱的生产亦受到明显波及。期间己内酰胺及其树脂的价格不断上涨，2011年我国进口的己二酸己二胺盐价格上涨了24.22%，己内酰胺价格上扬了31.70%。

PA地毯纱产量下跌明显，年下滑速率达9%，作为地毯重要市场的美国其产量下降了16%，相继关闭了Shaw等多家地毯纱工厂。地毯市场的变化亦与聚酯BCF量化及其替代PA地毯绒头纱的趋势日益明显有关。期间美国的聚酯BCF份额由2002年的1.1%升至目前的30%；欧洲地毯生产亦出现了相似的状况，其出口中东地区的地毯纱受阻，市场持续萧条，需求萎缩，地毯纱产量的下降幅度也超过了10%。同时全球PA短纤维产量下跌了约1/4，作为PA短纤维生产的主要国家之一美国也出现了大幅减产。

2.1 生物基PA66

生物基己二酸（ADA）的制备，可选用葡萄糖为原料，在酶菌的环境下经发酵转化，进而在压力条件下加氢制得。生物基己二酸与己二胺可按常规聚合工艺制得PA66，生物己二酸制造工艺如图 1 所示。

美国Rennovia公司采用空气氧化工艺，即葡萄糖原料在催化条件下氧化得到葡萄糖二酸（glucoric acid），用其做中间体经催化加氢得到己二酸。该公司选用非粮食木质素为原料，第一个商业化的生物基ADA装置产能13.5万t/a，拟于2018年完成生产性运转。Rennovia公司声称可以生产100%的生物基PA材料，也具有将生物基ADA转化为己二腈（AND）技术和生物基己二胺（HMD）的技术，用以生产100%生物基PA66聚合体。

Verdezyne公司合成生物基ADA的研究亦从实验室进入批量生产试验阶段，并在美国加州建设了商业化试验装置。该项技术采用糖类、植物油为原料，通过变性酶工艺对葡萄糖施以发酵处理以制得ADA。该生物基己二酸的商业化装置预计2014 ― 2015年完成。加工成本较传统石油基ADA要低20% ～ 30%（基于原油价格40欧元/桶）。Verdezyne公司生物基己二酸技术的原料选择为非粮食生物质，即使用大豆、椰子油或棕榈油生产中的副产品作原料 。

2.2 生物基PA6

美国Michigen大学研究人员利用葡萄糖发酵技术制得赖氨酸，进而成功合成了生物基己内酰胺，纯度高于99.9%。图 2 为生物基己内酰胺的制备工艺。

YXY技术是利用可再生植物原料经催化脱水、氧化制取2，5-呋喃二羧酸（FDCA），进而催化聚合可得到100%生物基2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯，其中的FDCA亦可用于制备生物基PA。Solvay公司使用YXY技术生产出了PA工程塑料，Rhodia公司利用FDCA制得了PA及其纤维，日本帝人公司拟以FDCA为原料开发环境友好型芳香族聚酰胺纤维。

YXY技术的核心是FDCA的合成，其商业化试验中使用的第一代原料是糖类或玉米淀粉，目前在原料的可利用性方面取得了巨大进步，已开始采用非粮食生物质资源。

Avantium公司在规模为 5 t/a和40 t/a的试验设备的基础上，于2012年又建成了1 000 t/a的FDCA试验装置，预计工业化后FDCA工厂的产能在 1 万 ～ 10万t/a之间。

荷兰Utrech大学基于YXY技术的生命周期（LCA）分析认为，和传统石油基产品相比，其CO2排放可降低50% ～70%，且生产链具有原料可再生和产品可回收再利用的优点。目前YXY技术的200 ～ 450 t/a的半生产性设备已在运转中，预计2015年 3 万 ～ 5 万t/a的生产线可投入运营。

2.3 新型生物基PA4及其纤维

PA4是γ-氨基丁酸的线性聚合体（GABA），具有同其他PA材料相似的一系列优越性能，包括非常高的熔点和良好的生物可降解性能。生物基PA4的原料取之于可再生生物质。通常生物质经糖化处理得到葡萄糖，后经过酶处理工艺得到谷氨酸，二氨基戊二酸再经脱羧基反应得到GABA，用作PA4的单体，通常可在室温条件下完成聚合反应。表 2 为生物基PA4同其他聚合物的基本技术特征比较情况。

据测试，生物基PA4纤维的吸湿特性与棉花相近，且纤维的染色性能良好。目前，日本国家工业科学技术研究所（AIST）已在生物基PA4的研究上取得了进展；20世纪70年代中期，我国吉林纺织研究设计院在PA4纺丝成形工艺方面也进行了较为系统的探索性试验，取得了不错的实验室成果。

2.4 生物基长链PA

据统计，目前生物基PA610的市场需求量在2.5万t/a左右，源于天然植物油原料的PA11（Rilsan）已有50年的制造历史，与传统PA6相比其环境友好特征更明显，CO2排放量更低。据了解，Arkema公司的PA12系列（Rilsamid）的聚合生产能力已达到6 000 t/a规模，该公司已在我国江苏常熟合作建设了PA11生产工厂。苏州翰普公司利用可再生原料，开发了生物基长链PA系列，包括PA610、PA1010、PA11等的工程塑料，其生物组分在40% ～ 100%之间。

2007年DuPont（杜邦）公司开发的商品名为“Zytel？”的长链生物基PA即PA1010和PA610使用的癸二酸来源于可再生资源，其中PA1010的100%、PA610的70%组分使用非粮食生物质原料。DSM公司开发的生物基高性能工程塑料“EcoPaxx”即长链PA410聚合物的70%原料取材于蓖麻籽油。

EMS公司开发了商品名为“Grilamid”的生物基PA系列，包括PA1010（生物基组分99%）、PA610（62%）等。该公司开发的生物基长链PA系列聚合物的生命周期分析结果如表 3 所示。

2.4.1 生物基PA11

Arkema公司开发的生物基PA11选用蓖麻籽原料，制得了11-氨基十一酸，经 3 段聚合得到聚11-氨基十一酸。与环氧树脂类产品相比，生物基PA11对环境的危害性可减轻一半，CO2排放量下降40%，其热塑性树脂亦可回收再利用。利用生物基PA11纤维及其树脂可以制得100%的生物基复合材料，密度1.16 ～ 1.22 g/cm3，热分解温度230 ℃。PA11纤维的体积添加量横向（UD）为30% ～ 35%，纵向（MD）为30%，目前已在飞机和运输车辆的部件上使用。

2.4.2 生物基PA610

Rhodia公司开发的生物基PA610，使用了60%的可再生资源，年产量为2.5万t，已大量用作生产单丝或牙刷鬃丝。德国Evonik公司开发了Vestamid生物基PA系列产品，主要包括PA610（HS）、PA610（DS）和PA610（DD）产品。部分产品的技术特征如表 4 所示。

2.4.3 生物基PA56

Ajinomoto公司利用天然植物油制备的氨基酸/赖氨酸，通过赖氨酸脱碳及酶工艺加工得到1，5-戊二胺（1，5-PD），用以合成生物基聚酰胺PA56。我国上海凯赛生物产业公司生物基PA56的研究与开发亦取得了进展，据悉商业化的装置正在实施中。2.4.4 生物基PA69

生产PA69使用的二元酸单体可以通过油酸经化学合成的方法得到。十八烯酸-9（油酸）属单一不饱和脂肪酸，具有十八碳。油酸可以资源丰富的动物或植物油脂为原料，利用动物油脂合成生物基壬二酸的加工工艺如图 3 所示。

油酸在高锰酸钾条件下可氧化制得壬二酸。目前油酸氧化而产生的分子链断裂是在络酸条件下实现的，亦可采用臭氧分解的方法制得壬二酸。生物基壬二酸与二元胺合成PA69的阶式聚合反应与传统PA66有许多相似之处，仅在聚合物黏度和熔融温度上存有差异。目前PA69聚合体已成功用于非织造布网材的加工。

3 生物基PA的成本结构及发展

依据欧洲生物塑料协会的统计数字，2010年欧洲生物基聚合物的产能约72.45万t/a，生物基PA为3.5万t/a，占生物基聚合物产能的5%。预计2015年欧洲生物聚合物材料的产量将达到170.97万t，届时生物基PA的状况与市场份额将如表 5 所示。

3.1 生物基PA的原料资源

在生物基PA的研究开发中，常用的可再生原料资源包括蓖麻油、油酸与亚油酸以及葡萄糖等。如BASF（巴斯夫）公司开发的生物基PA610使用了60%的来源于蓖麻油的癸二酸；杜邦公司开发的生物基长链PA即Zytel-RS系列中，PA1010和PA610两类材料中的生物基癸二酸含量分别为100%和60%，产品具有优良的热性能。

作为重要的可再生原料，蓖麻籽是一种生长迅速的作物，其季度茎高增长速度可达 2 m，并可在贫瘠的土地上栽植，不存在与粮食作物争地的矛盾，每公顷蓖麻的产量可达到10 t左右。据统计，目前全球蓖麻产量约120万t/a，但相关蓖麻籽油的产量仅为植物油产量的1%。此外，其他可用的可再生资源还包括棕树油、椰油、油菜籽等。

Arizona公司利用制浆造纸工业的副产品妥尔油（tall oil）提取不饱和脂肪酸，通过二聚反应形成了脂肪酸二聚体，再经聚合得到了生物基PA。

评估生物基PA产品，其相对于传统石油基PA的加工成本是关键点之一。依据DSM公司的可行性研究报告，随着时间的推移，微生物与低价高得率糖发酵技术的进步和量化，生物基己内酰胺的单体价格可降低至75欧元/kg，较之于21世纪初期的成本下降了50%。而当装置规模达10万t/a以上时，则无需像传统石油基PA生产那样再为“三废”治理支付费用。

当今市场中，生物基PA的价格主要为：PA11在9.82 ～11.30欧元/kg之间，PA610在4.32 ～ 4.73欧元/kg之间，比石油基PA6/PA66的平均价格（2.1 ～ 2.4欧元/kg）要高。而如从基本原料考量，生物质原料价格较具优势，如葡萄糖原料价格在300美元/t，石油基环己烷则高达1 250美元/t（2012年市场水平）。

3.2 生物基PA纤维的开发与应用

Rhodia公司研究中心与Fulgar公司合作，将商品名为“Emana”的生物基PA66纤维供给欧洲纺织品市场。据介绍，由该纤维制得的服装面料可通过织物与人皮肤间的作用，明显改善人体血液微循环和细胞组织代谢的状况。来自2013年Dornbirn-MFC（多恩比恩人造纤维大会）的信息显示，未来 7 ～ 8 年全球生物基PA66纤维的产量有望达到102万t/a。另外Radici公司生产的生物基PA6短纤维也已在针刺非织造布产品上使用。

美国Invista（英威达）公司开发的环境友好型PA地毯纱采用三组分混合技术（Trublend），即将PA66和回收再利用的PA66，以及5%的生物基PA11混合制得地毯绒头纱，已批量投放市场。该产品的生命周期分析显示，其CO2排放量减少了21%。

日本尤尼契卡公司使用Arkema公司的生物基PA11成功制得了纺织用纤维，纤维难燃性好，符合FAR25853的要求，LOI指数达35，燃烧时无烟、无有毒气体释放，主要用于高端服装面料和运动服装；Greenfil公司使用Arkema公司的生物基PA11纺制的长丝袜，耐用性比常规尼龙袜要高 5 ～ 10倍，但售价要高 2 ～ 3 倍。

昆士兰大学（澳）使用蓖麻籽为原料制得PA11纤维，用作增强复合材料的增强相，其短切纤维长度为 3 ～ 7 mm，单纤直径在10 ～ 35 μm之间。工业用丝束纤维长度在150 ～500 mm之间，单纤直径为15 ～ 25 μm，伸长率低于30%。

依据法国纺织与服装研究所（IFTH）的研究试验结果，PA11纤维及其织物有许多特点，包括较高的耐磨性、良好的耐氯性能、非常低的霉菌繁殖速率和速干性等。IFTH将PA11长丝织物与PA6、PLA、棉和再生纤维素纤维（Modal）产品进行对比，结果显示，前者的霉菌繁殖速率几乎近于零（依据ISO20743），且洗涤干燥速度明显优于传统细旦PA66织物。

日本帝人公司利用YXY技术开发的生物基芳香族聚酰胺产品，赋予了芳香族聚酰胺纤维更高的附加值，目前该项目的实验室研究阶段已经完成。该公司在开发生物基对位芳香族聚酰胺Twaron的过程中，利用非粮生物质原料制备了生物基Twaron单体，用以替代石油基单体。该芳香族聚酰胺产业链的环境友好分析显示，可降低14%的碳足迹。预计到2016年生物基Twaron的生产工艺过程的碳排放将减少8%，单体制备成本可降低4%。

日本东丽公司利用1，5-戊二胺原料制得的PA56纤维在手感、强力和耐热性方面与石油基PA纤维相似，而吸湿性则与棉纤维接近；德国巴斯夫公司开发的生物基PA610单丝目前已用于纸机长网、工业用鬃丝产品。

此外，我国的北京服装学院最近也成功开发了一项生物基PA纤维的制备方法；中国台北纺织研究所在生物基PA纤维的研究中，使用64%的PA610组分制得了PA中空纤维，纤维的中空度为20.2%，密度为0.86 g/cm3，纤维的断裂强力为5.5 g/D，伸长率为28%，该纤维适宜用于织制轻薄织物如风衣等。

3.3 关于生物基PA技术进步的思考

随着生物技术的不断进步以及生物聚合物材料在常规和高性能产品领域的日益拓展，业界普遍认为，生物基聚合材料替代常规石油基聚合物比以往任何时候都更加接近于人们的期望。换言之，持续发展的生物技术与生物基聚合物将会不断进入更多新的应用领域，依赖石油资源的传统制造业将面临生物技术的挑战，生物加工工艺将会更多地替代某些制造业的化学合成过程。

和其他生物基聚合物一样，生物基PA的生产技术也面临着诸多不确定性，比如生物质原料管理、生物聚合物的性能和产品成本等，此外生物基单体及其聚合生产装置的经济性和规模亦是重要的制约因素。具体来说，面临的挑战包括生物质原料资源与供给；生物基聚合物的技术途径，是否可达到现有石油基聚合物加工工艺的生产效率；新型微生物与酶制剂；生物聚合物及其制品的回收利用技术途径等。

目前，生物基聚合物占世界塑料市场的份额不足1%，但生物技术吸引了全球诸如杜邦、巴斯夫、Evonik、DSM等国际著名企业的浓厚兴趣，它们争相投入了巨大的人力和财力，并取得了长足的进步。目前在数十种已商业化使用的PA材料中，取之于可再生资源的生物基PA系列产品，包括PA6、PA66、PA69、PA11、PA610、PA1010及其制品的研究与开发均已相继展开。美国Rennovia公司基于全球葡萄糖类原料的供给现状以及通过化学催化技术制备生物基己二胺及己二酸技术的商业化现实判断，2022年全球生物基PA66纤维产量将突破100万t大关。

对于我国而言，近年来生物基PA在品种、技术及产品的应用研究中取得的惊人进步，无疑在客观上将促进尼龙产业的持续发展，同时也将强化行业对于PA产业链生命周期研究的重视。

先进的生物技术范文第2篇

随着我国城市污水处理率的逐年提高，污水处理厂的污泥产量也急剧增加。污水污泥通常经过机械脱水后再进行后期处置，传统的处置方法主要有卫生填理、焚烧、海洋处理和土地利用。其中土地利用是最常用、最具备经济性的方法[1]。污水污泥中含有占其干重0.5-2%的重金属[2]，因此在污泥土地利用之前必须进行处理以避免二次污染。污水污泥中重金属的处理基本思路是重金属稳定化（控制重金属的生物活性）和减量化。但污泥稳定化后，随着土壤pH、氧化还原电位等环境条件的改变，重金属有可能重新溶出或其生物毒性增加而造成污染。因此，高效且经济的生物淋滤方法成为了研究的热点[3]。

2 主要微生物种类及特征

可用来进行生物淋滤的细菌有硫杆菌属、氧化亚铁钩端螺旋菌属、硫化杆菌属、酸菌属、嗜酸菌属以及其它与硫杆菌联合生长的兼性嗜酸异养菌。其中，应用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌，其次是氧化硫硫杆菌和铁氧化钩端螺旋菌[4]。一般说来，应用于淋滤重金属的微生物以其生长的温度可以大致分为中温菌和嗜高温菌。

2.1 中温菌

中温菌主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、器官硫杆菌、嗜酸硫杆菌、温浴硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌。其中氧化亚铁硫杆菌的最适温度在30-35℃之间，其最适pH为2-3。氧化亚铁硫杆菌的生物膜由外膜、肽聚糖、周质区和内膜构成。周质区存在铁氧化酶，从外界培养液跨膜运输到周质区的Fe2+在铁氧化酶催化下失去一个电子，这个电子传递给分子氧并伴随H+和能量的吸收，这一能量使细胞内ADP（二磷酸腺苷）和Pi（无机磷）结合成ATP（三磷酸腺苷）使细菌得以生长繁殖[5]。氧化硫硫杆菌是普遍存在于污水污泥中的微生物，它通过氧化还原性硫来获得能量，其最适温度在28-30℃之间，最适pH为1.5-2.0。

2.2 嗜高温菌

在较高温度的条件下，古菌成为了重金属淋滤的优势菌种[6]。Sulfobacillus thermosulfidoxidans及其相近的菌种可以在较高温度条件下实现较快的淋滤速率。极端嗜高温菌可以在70℃时生长，并利用硫或硫代硫酸盐作为能源，主要包括Sulfolobous viz.S. ambivalens、S. brierleyi和Thiobacter subterraneus。

3 生物淋滤机理

污泥厌氧消化是国内外污泥消化的主要形式，厌氧消化污泥中重金属70%以难溶性的硫化物（Cr主要以Cr（OH）3形式）形式存在[7]，在氧化亚铁硫杆菌等细菌的作用下，金属硫化物变成可溶性的金属硫酸盐，通过固液分离可达到去除污泥中重金属的目的。

一般认为生物淋滤污泥中重金属有两种作用机理[8-9]：

3.1 直接机理

细菌通过其分泌的胞外多聚物直接吸附在污泥中金属硫化物（MS）表面，通过细胞内特有的氧化酶系统直接氧化金属硫化物，生成可溶性的硫酸盐，见式：

M表示重金属 （1）

通常，污水污泥中的金属硫化物如NiS，CuS和ZnS等可以通过上式所示的机理被溶解。

3.2 间接机理

在以硫为基础的淋滤过程中，污水污泥中的元素硫或还原性硫化物通过氧化硫硫杆菌氧化成硫酸，进而污泥中的pH来提高重金属的溶解[10]。

（2）

（3）

Me为二价金属。

在以铁为基础的淋滤过程中，细菌在液相中先将Fe2+氧化到Fe3+，Fe3+随后再通过与重金属硫化物的反应而淋滤出来。在这个过程中，细菌不需要接触到矿物的表面[11]。

（4）

（5）

反应式（4）和（5）构成了一个循环，使得越来越多的重金属被淋滤出来，在反应式（5）中产生的硫酸还可以促进以硫为基础的间接淋滤过程。

4 淋滤模式

4.1 序批淋滤模式

目前，关于污水污泥重金属淋滤的实验室研究大多都是在序批式反应器中进行。Wong和Henry[12]报道了在序批实验中使用氧化亚铁硫杆菌淋滤厌氧消化污泥的研究。在以FeSO4为能源时，8d内对Cu、Ni、Zn、Cd和Pb的去除率分别为65%、78%、87%、86%和0%。淋滤的最佳起始pH是4，最佳的温度范围是25-30℃。与纯培养的氧化亚铁硫杆菌淋滤序批实验相比，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌混合菌种对重金属的淋滤效果要高10%。10 d内混合菌种对厌氧消化污泥中Zn、Cu、Cd和Pb的去除率分别为95%、75%、50%和55%。针对23种市政污水污泥的序批淋滤实验结果表明，氧化硫硫杆菌对重金属的平均溶解率为62.5%，要高于氧化亚铁硫杆菌的49.5%[13]。不同菌种的淋滤效率的差异主要是由于系统间pH的不同所致，一般认为较低的pH会导致污泥中重金属较高的溶解率。对与大多数的污泥中的重金属来说，高效淋滤所需的pH范围是2-3之间。在淋滤序批实验中，虽然大部分的研究针对的都是厌氧消化污泥，但是Couillard等[14]报道了使用氧化亚铁硫杆菌淋滤好氧污泥的研究。在提前将污泥酸化至pH为4，假如FeS作为能源的条件下，污泥中的重金属能在1-2d内实现高效的溶出。由于氧化亚铁硫杆菌对简单的有机物，如有机酸、低分子量糖类、氨基酸等特别敏感，所以污泥中含有较高浓度的有机物会抑制其序批淋滤效果[15]。

4.2 连续淋滤模式

连续淋滤模式可以提高污泥处理量，适合于大规模的应用，但是目前对此的研究很少。连续模式的淋滤研究一般均在连续搅拌反应釜（CSTR）中进行。Couillard和Mercier的研究发现当连续式淋滤工艺的HRT为14d，使用1.5g/L的S作为能源时，Cd、Cu、Ni和Zn的去除率分别为50、33、48和74%。

4.3 污泥消化与同步生物淋滤

污泥消化与同步生物淋滤（SSDML）是污泥消化过程和生物淋滤过程在同一个反应器中进行，实现病原体、污泥挥发性固体和重金属的同步去除。SSDML可以在序批或连续式曝气搅拌槽反应器中得以实现。通常，以硫为基础的生物淋滤过程在中性pH的条件下开始反应，所以可以与好氧污泥的消化过程组合在一起。Tyagi等[19]的研究结果表明[dylw.net提供论文写作和 写作论文服务]污泥固体含量对SSDML工艺有明显影响，重金属的溶解率随着污泥固体含量从8.7提高到29.6g/L而降低。氧气浓度对SSDML工艺也有明显影响，当氧气浓度从2提高到7 mg/L时，氧化还原电位、酸化率和总挥发性固体的降解率都得到了提高[20]。

5 规模化应用存在的问题

尽管生物淋滤技术可以高效的去除污水污泥中的重金属，但是目前还没有实现规模化应用。目前主要存在的技术问题如下：

5.1 污泥肥料成分含量的损失

污泥生物淋滤过程中存在一个主要的关注热点是可能的肥料成分含量的损失。污泥中75%的营养元素可以在淋滤的过程中损失掉。在淋滤过程中，pH通常都降至2以下，在降低的pH和较高的氧化还原电位条件下使得污泥中的有机物被氧化，进而使得污泥中的营养元素被溶解出来。N的损失也可能是因为污泥中微生物的蛋白质结构被破坏所致。淋滤的时间越长，损失的营养元素含量将会越多。Shanableh和Ginige也发现在污泥起始pH为1.5时，淋滤过程会有44%的P损失，而起始pH为2.5时P的损失只有6%。

5.2 污泥调理和脱水性能

在生物淋滤技术规模化应用前另一个需要注意的是污泥的调理和脱水性能。淋滤过程完成后，污泥需要在絮凝剂的帮助下进行脱水，脱水后的污泥中和后才能作为肥料使用。然后，在pH小于2的情况下，高分子聚合物产生的絮体很小并且易碎，使得污泥调理和脱水变的非常困难。因而只能将pH调高至2-3之间或加入双氧水提高氧化还原电位来克服这个问题。保持污泥的脱水性能对于淋滤后高效的固液分离具有重要意义[24]。

5.3 经济性问题

与传统的污泥中重金属去除方法相比，生物淋滤工艺被认为是高效经济的，它只需要传统化学法1/5的成本。通常，生物淋滤过程需要16-20d，在此期间需要足够的曝气和搅拌。去除重金属的成本除了包括化学药剂、搅拌、曝气、基建和运行费用外，还应包括污泥调理、脱水以及从酸性滤出水中回收重金属的费用。Sreekrishnan和Tyagi[25]发现生物淋滤工艺（氧化硫硫杆菌）仅在较低处理容量和高固体浓度时具有吸引力。

参考文献：

[1]Metcalf and Eddy， 2003. Wastewater Engineering： Treatment， Disposal and Reuse， fourth ed. McGraw-Hill Publishing Company Ltd， New York.

[2]Lester， J.N.， Sterriet， R.M.， Kirk， P.W.W.， 1983a. Significance and behavior of metals in wastewater treatment processes， part I， Sewage treatment and effluent discharge. Sci. Tot. Environ 30， 1-44.

[3]Wong， J.W.C.， Xiang， L.， Gu， X.Y.， Zhou， L.X.， 2004. Bioleaching of heavy metals from anaerobically digested sewage sludge using FeS2 as an energy source. Chemosphere， 55， 101-107.

[4]周顺桂，周立祥，黄焕忠.生物淋滤技术在去除污泥中重金属的应用。生态学报，2002，22，125-133.

[5]Zhang D Y， Li Y Q，Sun Y K. Feasibility study on biological precessing technology of metal material.Science in China（Series C）， 1997，27（5），410-414.

[6]Pathak， A.， Dastidar， M， G.， Streekrishnan， T R. Bioleaching of heavy metals from sewage sludge： A review. Journal of Environmental Management. 2009， 90：2343-2353.

[7]Angelidis M. Chemistry of metals in anaerobically treated sludge.Water Res.， 1989， 23（1）：2-33.

先进的生物技术范文第3篇

关键词：生物技术；制药业；原理

生物科学技术的蓬勃发展，催生了社会生产力的提升和人类文明的进步，也为现代化制药企业提供了基础和保障。就现阶段的社会发展而言，无论是过去还是现在，生物技术都随时为人类发展创造着不可估量的财富，成为人类生活中不可缺少的技术项目之一。尤其是近几十年，仅仅是在医学药品领域，生物技术不断提升药品的质量和效果，就为人类生命健康做出了巨大的贡献。时至今日，生物制药的迅猛发展，更是为临床医学发展注入了强大的生命力，在疾病治疗方面取得了极大的效果。

一、生物技术概要

生物技术作为一门综合性、科学性都很强的学科，在上个世纪中期得到了人们的普遍关注。在近代社会的发展历程中，生物技术主要是通过改变动物和植物体内的DNA或者是生物细胞，以先进的科学技术和系统的生物理论为核心，对其进行有效物质的提取和人工的加工的过程。生物技术在科学技术领域的应用，对人类社会的进步和医疗事业的发展都有着重要的作用，而这种先进技术的广泛应用也无疑会对传统的医疗事业造成极大的冲击和影响。这种影响是有着正面意义和积极的作用的，是其能够在这种挑战竞争下，不断更新技术、加强科技创新。传统生物技术实际上只是一个对生物细胞进行加工的过程，而现在伴随着社会的进步和科技的发展，生物技术的研究也出现了新的特点。开始扩宽其领域，培养新的物种、研究新技术、开发新产品，而植物基因正是在这个环节中被广泛的采用了。相关研究人员开始把植物当做是主要的研究对象，将植物的相关细胞进行改造和人工加工，通过这些科学技术的运用，来提高植物的抵抗能力和生命力，使其能够适应恶劣的环境和不断变化的气候。

二、生物技术制药技术的原理

生物技术属于高新技术产业，也是一种新型的社会科学技术。归根究底，其就是一种微生物技术，是采用先进的科学技术和设备，对微生物的生活习性、生理机制等多个方面进行研究与分析的过程。作为生物技术在医药领域的应用，生物制药技术即是利用先进的科学技术和理论知识，对各种微生物和微元素进行辨析和处理，进而提取能够预防和治疗疾病的成分，最终加工成质量和效果更为显著的药品的过程。在当前的制药工艺中，通过不断对各种生物技术进行引进和利用，就能够更有力地保障各类病菌得到合理科学的抑制和消除。在现今的社会发展中，制药技术关系着人类的健康和安全，与人类生存与发展中不可替代的一部分。随着各种病菌的不断变化和各种病状的变动，传统的医疗措施已经无法满足当前各种病症的需求，以基因工程、微生物技术等多个方面为基础的综合性制药措施和原理，则逐渐成为现代化医疗发展的核心观念。同时，国民经济的发展与人民生活水平的提高，人们对各种药物需求不断增加，也加速了各种生物技术在药品制作领域的引进和利用。

三、生物制药在我国的发展现状

受近现代国情及其他因素的制约和影响，我国的生物技术发展与应用，起步晚，起点低，仅有短短的二十余年历史，技术水平与欧美发达国家根本无法比拟。不过，自生物技术在我国开始发展以来，得益于政府的大力扶持，现阶段的生物技术应用已经取得了良好的成绩。不过，在生物制药领域，相比世界先进国家的技术水平和产业规模，还有很大的差距。目前，国家和地方政府都在不断加大对生物制药产业的扶持力度，将其作为经济发展的重点建设行业和高新技术的支柱产业，从政策和资金等方面不断加大投入，在基础设施、配套服务业、研究开发、服务创新、教育培训和风险投资等方面进行发展和创新，为生物制药产业集群发展提供良好的发展环境。一些科技发达或经济发达的地区，正在不断建立国家级生物制药产业基地，并初步形成了初具规模的生物医药产业集群。对我国的生物医药产业发展，这起到了很好的带动作用。总体而言，中国生物制药领域的前景非常广阔，产业也将呈持续增长态势。

四、我国生物制药的前景

1、生物制药产业呈现集群式发展。

作为现代化的高科技产业，生物制药不仅需要在基础设施、上下游配套产业等方面得到相应的支持，还需要同教育培训、专业服务、技术转移中心等相关服务进行全方位立体组合，才能发挥最大化的优势和效应。当前，在生物技术产业迅猛发展浪潮的推动下，借助政府有力的扶持和引导，我国部分地区已经构建出了比较完善的生物技术应用产业链和产业集群。对于生物制药产业的发展，这些产业集群使得生物制药的整体产业链得到优化，在生产效率方面得到大幅提升，具有不可忽视的重要作用。以此为基础，我国生物制药产业已经在生物技术、人才、资金密集的区域，逐步形成了生物医药产业聚集区。其后，我国生物制药产业仍会朝着这方面快速发展，政府也将会加大投资力度、重点建设产业集群区，以提升产业的市场规模。

2、生物医药技术向产业化推进。

就现状而言，我国生物医药技术在科研方面取得的成果，显然没有实践应用所取得的成果丰硕。在科研未能大规模转换为生产力价值的状况下，很多社会及科学资源被浪费，生物医学的生产实践跟不上研发，造成了高科技高疗效医药生产的滞后，以及生物医学整体发展水平的滞缓。因此，将生物医药技术从科研转向产业化生产，即是科研的重要目的和最终方向。通过委托外包策略，建立技术同盟，与相应的企业形成优势互补，使自身能够专注于专长和优势，从而降低生产成本、提高竞争优势。这一方式，既是生物医药技术向产业化推进的要求，也将是国内生物医药研究机构与药品制作企业互利发展的主流模式。

3、生物制药新兴技术将不断应用于产业发展。

生物制药产业需要持续进行技术创新，才能不断解决产业发展中存在的问题，并不断满足医药水平提升的要求。因此，生物制药新兴技术的发展，将会不断应用到产业发展中，从而促进产业技术水平和社会医疗水平的提升。

五、结束语

作为近现代兴起的综合性技术学科，生物技术为我国制药业提供了宝贵的技术资源和信息资源，并由此成为提高我国制药业生产水平和生产工艺的主要手段和方法，以及未来产业发展的重要影响趋势和重要基础。随着生物技术的持续发展，其在我国制药产业将得到更全面、更深入的应用，也将为人类的身体健康和社会的文明进步做出更大的贡献。■

参考文献

先进的生物技术范文第4篇

应用型人才生物技术实验教学近几年来，随着生物医药产业的迅速发展，生物技术领域的新方法、新技术不断应用到生产企业中，这就要求医学院校生物技术专业的学生必须不断自我提高，具有较强的实验能力和科研素质，适应行业的高速发展。因此，强调应用型人才对于医学院校的生物技术专业显得尤为重要。实验教学是生物技术专业教学的重要组成部分，对于培养学生实验能力、创新能力、独立工作能力有不可替代的重要作用。近年来，对应用型生物技术人才的需求不断增多。因此，建立应用型医学生物技术实验教学更加重要。

吉林医药学院依托基础医学、临床医学、检验医学的特点与相关学科优势，适应生物医药产业经济迅速发展的需求，建立了具有医学背景的应用型生物技术人才的培养模式。探索与实践了应用型生物技术专业人才的实验教学方法，重点培养学生对实验的应用能力，取得了一些成果，更好地满足了社会对应用型医学生物技术人才的需求。

一、医学生物技术专业的特点

医学生物技术主要是由生物学、医学等学科交叉而成的一种应用型很强的新兴学科，是集医学、生物学、药学、实验方法等为一体的综合技术，这就要求学生不但具有生物学和医学基础知识，而且还要具有生物学和医学的实验技能。形成符合国家对应用型医学生物技术人才的需求，培养具有现代生物技术和医学背景的，满足我国医学生物产业发展需要的应用型生物技术高级专门人才。

二、生物技术专业实验教学现状

吉林医药学院原先是一所军队院校，2004年移交给地方办学，是一所医学类本科院校。生物技术专业是我校新办专业，在实验教学方面比较薄弱。在生物技术实验室建设方面，主要存在基础仪器设备数量不够，而且有的仪器设备比较陈旧，缺少一些与生产实践相结合的一些仪器设备；在教师队伍建设方面，缺少具有医学背景的应用型实验教师；在实验教学内容上，实验内容脱离时代前沿，和生产实际结合不够，教学模式比较单一，一般采用教师讲解学生操作的教学模式；另外在实验考核方面，还缺乏科学合理性。

三、实验教学改革与实践

基于以上问题和不足，我校生物技术专业以医药生物技术产业的发展趋势和人才的需求为导向，制定了应用型生物技术人才的培养模式，转变教育理念，对医学生物技术专业实验教学进行了改革与实践。

1.通过更新整合资源，建立生物技术实验教学中心

在我院实验室原有的仪器的基础上，进行了资源整合，又购进了PCR仪，凝胶成像系统，二氧化碳培养箱，荧光倒置显微镜，发酵罐，蛋白质纯化系统，高效液相色谱，多功能酶标仪等先进的实验设备。在临床生物化学检验实验室、细胞培养室的基础上，建立了具有医学背景的生物技术实验教学中心。中心包括分子生物学实验室、发酵实验室、蛋白质纯化分析室、药物筛选实验室，并且还做到对学生完全开放，学生可以申请毕业论文和大学生科研创新项目等。通过教学中心的建设，既促进了学科的发展，又顺应了医药生物技术产业对人才培养的需要。

2.引进优秀实验教师

医学生物技术实验课具有医学和生物技术多学科交叉融合的特点，实践性很强，实验室技术人员不仅要具备扎实的医学和生物学的基础知识，还要有高水平的医学和生物学相关的实验技术。我们实验室对人才的引进，要求具有医学相关学科背景的硕士研究生，优先录用具有医学和生物技术交叉学科背景的人才。并且由科研骨干教师考核，考核期合格才能被录用。并且新入职的实验教师还要进行生产实训，到医药生物技术公司进行系统培训。

3.改革教学方法和实验内容

改变传统的实验课的教学方法，将多媒体先进的教学手段运用到实验课中。它可以将一些陌生、抽象的知识直观化、形象化，激发学生主动学习的积极性。例如，对于一些抽象的实验，如PCR实验，可以用动画讲解整个实验过程，将抽象的原理变得形象化，并可活跃课堂气氛，加深学生对整个实验过程的理解和记忆。在实验内容上，减少一些陈旧性的实验内容，多开设一些设计性、应用型实验，与医药生物技术公司生产紧密结合，如基因工程疫苗的制备，蛋白质药物的纯化，基因工程菌的高密度发酵等综合性实验。

4.改革实验考核制度

改变评分标准主要依据实验报告的传统实验教学考核方式，我们制定了一套完整的实验考核制度。在学期实验结束后，除了考核学生对基本原理、基本操作的掌握程度外，还要考察学生综合实验能力和团结协作精神，对其进行量化打分。让学生自主选择课题，指导教师对学生的实践动手能力、分析问题解决问题的能力、创新能力进行综合评价。其中，实验数据20%，实验操作50%，解决问题的能力20%，创新能力10%。突出了应用型人才培养的实验教学地位，转变了学生重理论、轻实践的观念。

四、结束语

经过几年的探索，我们在应用型生物技术专业人才培养模式下，在生物技术实验教学中不断地进行改革探索，初步建立了以培养学生的实验动手能力、分析问题和解决问题的应用型人才培养方案。但是还存在一些问题，比如实验室的开放管理，大学生实验创新平台建设方面还不够完善，医学生物技术实验教学改革是一项长期而艰巨的工作，要想培养社会需要的应用型医学生物技术人才，需要我们不断地去探索与尝试。

参考文献：

[1]姜勇，王会岩，张磊.等.普通医学高校生物技术教学改革[J].中国医药科学，2013，3（2）：147-148.

先进的生物技术范文第5篇

关键词：生物技术；制药；发展对策

引言

始于1971年的生物制药技术指的是基于医学、生物学、微生物学等领域的研究成果，对化学、微生物学、生物技术、药学等原理与方法进行综合应用，从而制造出在疾病预防、诊断与治疗等方面的制品。生物技术制药技术目前正在赶超传统化学制药，成为当前研究的热点与重点，市场前景巨大。然而，因为受到各种因素的制约，中国生物制药产业发展还比较缓慢，在生物技术诊断、现代生物支撑技术、酶工程、生物制剂等方面要加大研究的力度。

一、中国生物制药发展现状

第一，中草药。作为中国国粹的中草药历史悠久。中国拥有种类繁多的中草药，同时，中草药质量非常好。根据有关数据表明，全球大约3%的中草药都是中国出售的。目前中国中草药领域主要是对中草药原料进行出售。中草药的发展需要先进生物技术的支持。我国对中草药有关的技术研究工作要给予重视，使得科技水平不断提升，从而会死的中国中草药国际市场竞争力提高。

第二，生物技术药物。单克隆抗体药物因为具有较强稳定性、较高特异性等优势，因此，单克隆抗体技术是当前生物技术制药领域人们研究的重点。基于此，中国对单克隆药品的研发给予极大重视，众多制药企业在单克隆药品的研发方面投入了大量的人力、物力以及财力。基因工程是生物技术制药最关键的及时，对生物技术制药的发展有决定性作用。我国政府多方面扶持生物技术制药与基因工程的发展。但是，中国部分基因工程制药还处于试验时期。

二、目前中国生物技术制药存在的不足

第一，资金投入不足。生物技术制药需要大量资金的支持，1997年美国投入到生物工程资金高达500亿美元，同时以每年50亿美元的速度增加。我国近年来虽然加大了对生物技术制药的资金投入，然而，相对发达国家而言投入不够。因此，新产品的研究缓慢，竞争力缺乏。

第二，当前中国科研成果产业化比较缓慢。基于生物工程药物而言，在实验时期我国部分生物技术达到甚至超过国际先进水平，肝细胞生长因子、治疗用单克隆抗体、人血代用品、人源性碱性成纤维细胞生长因子等生物高科技产品我国具有自主知识产权，这些生物高科技产品已经实现了临床试验或者进入后期阶段。然而，中国中试环节不足，造成了生物制药产业科研成果转化慢，生物工程产业化水平比国际先进水平要低。

第三，有关企业的设施比较落后。生物技术制药形成新的成果、形成成果的进度、成果质量等受到专业服务体系的直接影响。相对于国外发达国家，中国有关服务比较落后，尤其是还没有实现专业化、社会化与市场化的产品开发。发达国家医药研究过程中，存在着委托合同研究机构，这一机构对于医药研发具有重要作用，并且具有一定运行规模与相应机制。中国大部分委托合同研究机构是公关公司，其服务主要是临床实验阶段，国外并不认可这些公司提供的新药临床数据的真实性与可靠性。同时，相对而言中国生物技术制药企业内部管理有待于提高，缺乏具有技术与管理复合型人才，网络销售不完善，缺少开发市场渠道经验等，造成了中国尽管具有重量众多的生物技术制药企业，然而综合实力不强，与国外发达国家缺乏竞争力。

三、中国生物技术制药发展的对策

第一，增加投资，引入风险资金。生物制药企业自身竞争力提高的两个重要举措是科技创新和企业运营规模。生物技术制药的研究需要大量的资金支持。随着我国加入WTO的不断深入，中国生物制药企业存在与发展的前提是对具有自主知识产品的产品进行研发。制药企业各自为营的传统的经营方式与目前日益竞争的市场不匹配。为了加大生物技术制药研发的力度，需要增加投资，风险资金的引入，能够使得研发资金的投入得到有效扩大，对科研成果产业化的转换具有极大的促进作用。成熟、先进的技术与广阔的市场前景是生物技术制药风险投资引入的前提。通过风险资金增加投入，从而极大的推动生物技术制药的发展。

第二，加大人才的培养。生物技术制药作为高科技领域离不开人力的支持。当前，我国生物技术制药的发展依赖于人力资源。人是技术创新的主体。因此，为了使得研发人才不足得到弥补，中国需要对国外从事生物技术制药的专家与学者进行引入，同时，通过有效的激励机制留住人才。生物技术制药企业发展的动力是对人才的吸引与培养。

第三，重视对药物的创新。对患者治疗有效的药物是制药行业销售的具有真正价值的药品。基于需求开始进行创新，对满足疾病治疗需求的药物进行寻找，从而功能出发对技术构思进行明确，基于技术构造对技术方案进行设计，从而使得生物技术制药研发产品的技术风险降低。对于生物技术制药而言，上游的创新、中游物质分离、产品加工、下游营销构成了整个产业链。因此，生物技术制药要实现“研发――试验――生产――销售”产业链一体化。基于创新，使得中国生物技术制药竞争力水平不断提高。

结束语

生物技术制药前景广阔，具有巨大的潜力，对于生物技术制药中国政府给予了极大的重视。当前生物技术制药领域处于技术变革时期，基因组与后基因组的研究极大的增加了生物技术制药的发展。基于功能基因组的研究，开发基因组药物，对具有自主知识产权的基于组药物进行研发，提高中国生物技术制药的竞争力。

参考文献

[1]李 珂.现代生物制药技术的发展现状及未来趋势[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2010（6）