Ⅰ 煤和石油除了通過燃燒外還有沒有什麼方法使它們變成二氧化碳
在二十一世紀能源是國民經濟建設的重要支柱。隨著工業的發展,人們對石油及其製品的需求日益增長,石油開采業由陸地走向海洋。石油的開采和海上運輸業的發展,使石油泄漏事故逐年增多,受污染的海域范圍不斷擴展。自1969年發生第一次超級油船失事以來,世界上已有超過40處大的海洋泄漏,據估計每年都有千萬公噸以上的石油污染世界海洋,對生物和生態環境造成了很大危害。石油污染問題引起了人們越來越多的關注,對之進行治理也成為了最迫切的事情。在治理中產生的生物降解方法的研究雖仍有很大爭論,但也已取得了一些成果。而且有種趨勢是天然微生物的生物降解作用已成為消除環境中石油烴類污染的主要機制。
一、生物降解是指由生物催化的復雜化合物的分解過程。而在石油降解中微生物首先通過自身的代謝產生分解酶，裂解重質的烴類和原油，降低石油的粘度，另外在其生長繁殖過程中,能產生諸如溶劑、酸類、氣體、表面活性劑和生物聚合物等有效化合物利於驅油，然後由其他的微生物進一步的氧化分解成為小分子而達到降解的目的。
二、海洋中最主要的降解細菌屬於:無色桿菌屬、不動桿菌屬、產鹼桿菌屬、節桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、棒桿菌屬、微桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬以及放線菌屬、諾卡氏菌屬。在大多海洋環境中,上述這些細菌是主要降解菌,在真菌中,金色擔子菌屬、假絲酵母屬、紅酵母屬和擲孢酵母屬是最普遍的海洋石油烴降解菌。一些絲狀真菌如麴黴屬、毛霉屬、鐮刀霉屬和青黴屬也應被歸入海洋降解菌中。土壤中主要的降解菌除了上面提到的細菌種類外,還包括分枝桿菌屬以及大量絲狀真菌。麴黴屬和青黴屬某些種在海洋和土壤兩種環境中都有分布。木霉屬和被孢霉屬某些種是土壤降解菌。
三、治理石油污染關鍵是降解烴類化合物，根據烴類的化學結構特點,烴類的降解途徑主要可分兩部分:鏈烴的降解途徑和芳香烴的降解途徑。直鏈烷烴的降解方式主要有三種:末端氧化、亞末端氧化和ω氧化。此外,烷烴有時還可在脫氫酶作用下形成烯烴,再在雙鍵處形成醇進一步代謝。關於芳香烴的降解途徑,在好氧條件下先被轉化為兒茶酚或其衍生物,然後再進一步被降解。因此細菌和真菌降解的關鍵步驟是底物被氧化酶氧化的過程,此過程需要分子氧的參與。
具體機制如下：
1、正烷烴在正烷烴氧化酶作用下, 先轉化成羧酸而後靠β-氧化進行深入降解,形成二碳單位的短鏈脂肪酸和乙醯輔酶A,放出CO2。該正烷烴氧化酶是雙加氧酶,能催化正烷烴為正烷烴的氫過氧化物,該反應需O2 ,但不需NAD(P) H。烷烴也可先轉化為酮,但不是其主要代謝方式。多分枝的烯烴主要轉化成二羧酸再進行降解,甲基會影響解的進行。化學式如下：
2、環烷烴的降解需要兩種氧化酶的協同氧化,一種氧化酶先將其氧化為環醇,接著脫氫形成環酮,另一種氧化酶再氧化環酮,環斷開,之後深入降解。化學式如下：
3、芳香烴一般通過烴基化形成二醇, ,環斷開,鄰苯二酚繼而降解為三羧環的中間產物。真菌和微生物都能氧化從苯到苯並蒽范圍內的芳烴底物。起初細菌藉助加雙氧酶的催化作用把分子氧的兩個氧原子結合到底物中, 使芳烴氧化成具有順式構型的二氫二酚類。順式-2-二氫二酚類進一步氧化成兒茶酚類, 兒茶酚類在另一種催化芳環裂解的加雙氧酶的作用下進一步氧化裂解。與細菌相反,真菌則藉助於加單氧酶和環水解酶的催化作用, 把芳烴氧化成反式-2-二氫二酚類化合物。（下面以萘的降解為例子）真菌將石油烴類化合物降解成反式二醇,而細菌幾乎總是將之降解成順式二醇(許多反式二醇是潛在的致癌物,順式二醇則無毒性) 。化學式如下：
簡單總結成下表：
各類烴 具體的降解過程和產物
正烷烴 正烷烴→羧酸→二碳單位的短鏈脂肪酸+乙醯輔酶A+CO2。
烯烴 烯烴→二羧酸
環烷烴 環烷烴→環醇→環酮
芳香烴 芳香烴→二醇→鄰苯二酚→三羧環的中間產物
由上面可知道，微生物對一些難降解化學物的降解, 是通過一系列氧化酶的催化作用完成的。在自然界中這一過程通常是由多種微生物的協同作用來完成, 速度比較緩慢。為了擴大微生物降解底物的范圍, 提高降解效率, 以使這些難降解化學物徹底礦化, 應該可以利用天然降解性質粒的轉移構建新功能菌株。降解性質粒，是指一類編碼有降解某些化學代謝途徑的質粒。例如：美國Chak rabany 等為消除海上溢油污染, 曾將假單胞桿菌中不同菌株的CAM、OCT、XAL 和NAH 4 種降解性質粒接合轉移至一個菌株中,構建成一株能同時降解芳香烴、多環芳烴、萜烴和脂肪烴的「多質粒超級菌」。該菌能將天然菌要花一年以上才能消除的浮油,縮短為幾個小時。
四、在自然環境中,微生物對石油烴類降解與否以及快慢都是與其所處的環境密切相關。
1、液態的石油烴類在水中會形成水油界面,微生物正是在這一水油界面上降解烴類的,降解速率與水油界面的面積密切相關,能產生生物乳化劑的微生物正是乳化劑增大水油界面的面積而促進微生物對烴類的降解。
2、石油烴類的微生物降解可在很大的溫度范圍內發生,在0 ℃～70 ℃的環境中均發現有降解石油烴類的微生物。大多數微生物在常溫下較易降解石油烴類,且由於某些對微生物有毒害的低分子量石油烴類在低溫下難揮發,會對石油烴類的降解有一定的抑製作用,所以低溫下石油烴類較難降解。
3、大多數的石油烴類是在好氧條件下被降解的,這是因為許多烴類的降解需要加氧酶和分子氧。但也有一些烴類能在厭氧條件下被降解。
4、氮源和磷源經常成為微生物降解烴類的限制因子。在天然水體中,為了促進石油烴類的降解而添加水溶性的氮源和磷源也受到限制,因為有限添加的氮源和磷源在水體中被高倍稀釋而難以支持微生物的生長。
5、石油烴類的微生物降解一般處於中性pH值,極端的pH 值環境不利於微生物的生長。
它的效率和質量還取決於石油烴類化合物存在的數量、種類及狀態。例如Chaineau 等用微生物處理被石油烴污染的土壤, 270 d 後發現, 75%的原油被降解； 飽和烴中, 正構烷烴和支鏈烷烴在16 d 內幾乎全部降解; 22% 的環烷烴未被降解； 芳香烴有71% 被同化;占原油總重量10% 的瀝青質完全保留了下來。一般而言, 各類石油烴被微生物降解的相對能力如下: 飽和烴> 芳香烴> 膠質和瀝青。在飽和烴部分中, 直鏈烷烴最容易被降解; 在芳香烴部分中,二環和三環化合物較容易被降解,而含有5 個或更多環的那芳香烴難於被微生物所降解; 膠質和瀝青則極難被微生物所降解。
結語：盡管微生物可以降解石油，可是目前為止還沒有一種能在短時間內徹底降解石油的有效方法，所以在微生物降解石油方面的研究仍然任重而道遠。但是隨著現代微生物學和基因組計劃的更進一步發展，更多微生物物種的發現和生物技術的應用，石油污染問題將會得到更有效的解決！
參考文獻：《土壤和環境微生物學》 陳文新主編
《微生物降解有機污染物研究進展》 田雷 等.
《污染物生物降解》 金志剛 張彤 朱懷蘭
從石油污染的土壤和水體中富集、分離到12株高效石油降解菌,各單菌株的降油率為40.3%～57.6%,其中O-8-3、O-28-2和O-46菌可耐受40℃的溫度和1.5%的鹽度.經初步鑒定,這3株菌分別為假單胞菌(Pseudomonas sp.)、芽孢桿菌(Bacillus sp.)和不動桿菌(Acinetobacter sp.).與單一O-8-3菌株相比,O-8-3/O-28-2/O-46混合菌株對石油的降解率可提高20.1%,可耐受石油類初始質量濃度從2000 mg/L提高到5000 mg/L.通過在實驗室接種O-8-3/O-28-2/O-46混合菌株於生物反應器中處理勝利油田採油廢水的試驗結果表明,72 h內石油污染物的降解率達96.9%,比接種自然細菌群落的降解率提高了60.7%.
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下面幾個地址你可以參考一下。
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http://www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/00/kxb/dq/yjjz/03_d02_liguanghe.htm
http://210.46.127.249:85/~kjqk/swdyx/swdy2002/0202pdf/020211.pdf
http://dl2.lib.tongji.e.cn/wf/~kjqk/hjkx/hjkx2004/0405pdf/040529.pdf
Ⅱ 柴油燃燒產生CO2，為什麼石油燃燒產生CO2
柴油的CO2排放因子是：74100 kg/TJ
柴油的凈熱值是：43 TJ/Gg
故單位質量柴油完全燃燒排放的CO2質量是：74.1*43/1000 = 3.1863
即1kg柴油排放CO2： 3.1863kg
註：
柴油含碳量：20.2 kg/GJ；
氧化率：100%
碳到二氧化碳的轉化系數：44/12
故此：
柴油的CO2排放因子計算為：20.2*100%*44/12*1000 = 74100 kg/TJ
柴油是多種烴類的混合物。如果按十六烷(C16H34)計算的話
2C16H34 + 49O2 =點燃= 32CO2 + 34H2O
1kg十六烷燃燒生成的CO2的質量=1000g/(226×2)×32×44=3115g
石油又稱原油，是從地下深處開採的棕黑色可燃粘稠液體。主要是各種烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物。一般不會直接燃燒石油！常態下不易燃燒！一般要分餾或裂化後轉化為其他的油或氣體！
組成石油的化學元素主要是碳 （83% ~ 87%）、氫（11% ~ 14%），其餘為硫（0.06% ~ 0.8%）、氮（0.02% ~ 1.7%）、氧（0.08% ~ 1.82%）及微量金屬元素（鎳、釩、鐵等）。
按其中有90%的碳轉化為二氧化碳，其餘的變成碳或一氧化碳,那麼直接燃燒一噸石油大約產生33660千克二氧化碳！