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克隆技术 克隆技术即无性繁殖技术。通常的有性生殖是由雌雄交配，精子和卵子结合发育成胚胎，经妊娠后产出新的个体。克隆技术不需要雌雄交配，不需要精子和卵子的结合，只需从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，再将胚胎植入雌性动物体内，就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物，具有与单细胞供体完全相同的特征，是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功，被人们称为“历史性的事件，科学的创举”。有人甚至认为，克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。 克隆技术可以用来生产“克隆人”，可以用来“复制”人，因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说，克隆技术是悲是喜，是祸是福？唯物辩证法认为，世界上的任何事物都是矛盾的统一体，都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人，那会给人类社会带来什么呢？即使是用于“复制”普通的人，也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产，将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究，就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术，是一把双刃剑，剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动，避免“克隆人”的出现，使克隆技术造福于人类社会。 ——《素质教育新学案》 克隆技术的危害？ ...尽管如此，克隆技术的巨大理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐，从而使动物克隆技术的研究与开发进入一个高潮。 ... ...这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。 四、克隆技术的应用前景 克隆技术已展示出广阔的应... 寒冰163 - 2005-12-7 19:38 - 最佳回答者: 十字军刀客 - 教育/科学 > 自然科学 克隆技术是怎么回事？ 克隆技术 克隆技术即无性繁殖技术。通常的有性生殖是由雌雄交配，精子和卵子结合发育成胚胎，经妊娠后产出新的个体。克隆技术不需要雌雄交配，不需要精子和卵子的结合，只需从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，再将胚胎植入雌性动... sfn123 - 2005-12-19 17:52 - 最佳回答者: 272928861ml - 教育/科学 克隆技术有关资料 ...科学家把人工遗传操作动、植物的繁殖过程叫克隆，这门生物技术叫克隆技术。 克隆技术的设想是由德国胚胎学家于1938年首次提 出的，1952年，科学家首先用青蛙开展克隆实验，之后不断有人利用各种动物进行克隆技术研究。由于该项技术几乎没有取得进展，研究... jywjyw333 - 2006-3-5 13:42 - 最佳回答者: leijunyu - 教育/科学 > 学习帮助 我国的克隆技术是世界前列吗? ... 动物克隆技术被生物科学家誉为“生物原子弹”，各国都在竞相发展。动物克隆技术分胚胎克隆和体细胞克隆。相比而言，体细胞克隆... ... 西北农林科技大学动物克隆技术科研群体，在1990年就掌握了胚胎克隆技术，繁育出世界首批克隆山羊。1995年又利用胚胎克隆技术，... 仙人指3 - 2005-9-21 13:01 - 最佳回答者: 我字不帅 - 教育/科学 > 自然科学 以现在的克隆技术能把一个死去的人克隆出来吗???? 只有有这个人的活细胞。提取这个细胞的DNA，然后通过RNA复制出千千万万个细胞。以现在的克隆技术是可以做到的。以前这个人某处... ...目前的克隆技术，只能克隆生命的肉体而已，并不能克隆生命的“灵魂”。也就是说，克隆出来的人无感情，以前学过的东西、遇过的... shundechaoren - 2006-2-20 18:10 - 最佳回答者: kingkongs - 教育/科学 > 自然科学 克隆技术和第一只克隆羊的情况 ...它的诞生被视为20世纪末最重要的科学成就之一，它引发了全世界科学家研究克隆技术的热潮，也导致了大量技术和伦理方面的争论。 ... ...当时，曾领导克隆多利的研究的伊恩·威尔穆特教授曾表示，多利患有关节炎可能意味着克隆技术“效率低”，需要进一步研究。(完) ... 5072159 - 2005-10-9 20:36 - 最佳回答者: 晋山河 - 社会/文化 克隆技术是什么东西 克隆技术其实就是从动物A上拿一个细胞，取出细胞核！再到同种动物B的身上拿一个细胞，去掉细胞核！把取出来的细胞核放到另一个去掉细胞核的细胞中！再把它放到同种动物母体C的子宫中！这样将C将会生出一个和A一模一样的动物来！还有就是直接拿一种动物的细胞... wasong - 2005-10-7 16:18 - 最佳回答者: 紫色残云 - 教育/科学 > 入学信息 能不能用克隆技术增加大熊猫的数量?为什么? ...而克隆技术则不能增加大熊猫的进化过程。 自上世纪90年代以来，北京动物园、四川大熊猫繁育中心、卧龙自然保护区的大熊猫繁育中心等几个地方都比较成功地繁殖了大熊猫；而在秦岭650平方公里的地方，大约150只大熊猫在13年的时间内始终处于相对稳定的状... 小小花生 - 2005-12-28 21:42 - 最佳回答者: 我是张楚 - 教育/科学 > 自然科学 克隆技术会在生活中应用吗？为什么？ 看运用在什么地方因为现在的克隆技术还不是很发达，掌握得也不是很到位，所以容易出些差错。如果运用得好的话，可以运用到人体重要器官的移植以及对稀有动物的繁衍但对人的克隆还在争论中，因为这样不利于人的辨认与管理。容易出现政治问题 409257127 - 2005-11-4 20:39 - 最佳回答者:匿名 - 教育/科学 > 自然科学 法律更有利于控制克隆技术的恶性发展 不是法律有利于干吗，而是制定相应规制的法律更有利于控制克隆技术恶性发展。 克隆”是从英文“clone”音译而来，在生物学领域有3个不同层次的含义。 1．在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片断通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片断的“群体”。 2．在细胞水平，克隆实质由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。其中每个细胞的基因都相同。比如，使一个细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物(如细菌或病毒)侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由一个B细胞分裂而成，这样的一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。细胞克隆是一种低级的生殖方式－无性繁殖，即不经过两性结合，子代和亲代具有相同的遗传性。生物进化的层次越低，越有可能采取这种繁殖方式。 3．在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如，两个同卵双胞胎即为一个克隆！因为他（她）们来自同一个卵细胞，所以遗传背景完全一样。按此定义，“多利”并不能说成是一个克隆！因为“多利”只是孤单的一个。只有当那些英国胚胎学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多利”时才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版在《Nature》杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多利”说成是一个克隆。 另外，克隆也可以做动词用，意思是指获得以上所言DNA、细胞或个体群体的过程。 二、克隆技术 1．DNA克隆 现在进行DNA克隆的方法多种多样，其基本过程如下图所示(未按比例) 可见，这样得到的DNA可以应用于生物学研究的很多方面，包括对特异DNA的碱基顺序的分析和处理，以及生物技术工业中有价值蛋白质的大量生产等等。 2．生物个体的克隆 (1)植物个体的克隆 在20世纪50年代，植物学家用胡萝卜为模型材料，研究了分化的植物细胞中遗传物质是否丢失问题，他们惊奇地发现，从一个单一已经高度分化的胡萝卜细胞 可以发育形成一棵完整的植株!由此，他们认为植物细胞具有全能性。从一棵胡萝卜中的两个以上的体细胞发育而成的胡萝卜群体的遗传背景完全一样，故为一个克隆。如此的植物的克隆过程是一个完全的无性繁殖过程! (2)动物个体的克隆 ① “多利”的诞生 1997年2月27日英国爱丁堡罗斯林(Roslin)研究所的伊恩·维尔莫特科学研究小组向世界宣布，世界上第一头克隆绵羊“多利”(Dolly)诞生，这一消息立刻轰动了全世界。 “多莉”的产生与三只母羊有关。一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境——子宫，是“多莉”羊的“生”母。其整个克隆过程简述如下： 从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞；给一头苏格兰黑面母绵羊注射促性腺素，促使它排卵，取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞；利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞；将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。出生的“多莉”小绵羊与多塞特母绵羊具有完全相同的外貌。 一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞(围绕在卵母细胞外周的高度分化细胞)的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中得到20多只发育完全的小鼠。如呆“多利”因为只有一只，还不够叫做克隆羊的话，这些小鼠 就是名副其实的克隆鼠了。 ② 通过细胞核移植克隆小鼠的基本过程 在本实验中，卵丘细胞是经如下过程得到的：通过连续几次注射绒毛膜促性腺激素，使雌鼠诱导成高产卵量状态。然后从雌鼠输卵管中收集卵丘细胞与卵母细胞的复合体。经透明质酸处理使卵丘细胞散开。选择直径为10－12微米的卵丘细胞用作细胞核供体（前期实验表明，若用直径更小或更大的卵丘细胞的细胞核，经过细胞核移植的卵母细胞很少发育到8细胞期）。所选择的卵丘细胞保持在一定的溶液环境中，在3小时内进行细胞核移植（与此不同的是，在获得“多利”时用作细胞核供体的乳腺细胞先在培养液中传代了3－6次） 卵母细胞（一般处于减数分裂中期 II ）通过与上面描述类似的方法，从不同种的雌鼠中收集。在显微镜下小心地用直径大约7微米的细管取出卵母细胞的细胞核，尽量不取出细胞质。同样小心取出卵丘细胞的细胞核，也尽量去除所带的细胞质（通过使取出的细胞核在玻璃管中往复运动数次，以去除所带的少量的细胞质）。在细胞核被取出后5分钟之内，直接注射到已经去除了细胞核的卵母细胞中。进行了细胞核移植的卵母细胞先放在一种特制的溶液中1－6小时，然后加入二价的锶离子（Sr2+）和细胞分裂抑素B。前者使卵母细胞激活，后者抑制极体的形成和染色体的排除。再取出处理过的卵母细胞，放在没有锶和细胞分裂抑素B的特制的溶液中使细胞分裂形成胚胎。 不同阶段的胚胎（从2细胞期到胚泡期）被分别植入几天前与已经结扎雄鼠交配过的假孕母鼠的输卵管或子宫中发育。发育完全的胎儿鼠在大约19天后通过手术取出。 目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。在中国，除猴子以外，其他克隆动物都有，也能连续核移植克隆山羊，该技术比胚胎分割技术更进一步，将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多，每份细胞越少，发育成的个体的能力越差。体细胞核移植克隆的动物只有一个，就是“多利”羊。 三、克隆技术的福音 1． 克隆技术与遗传育种 在农业方面，人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种，大大提高了粮食产量。在这方面我国已迈入世界最先进的前列。 2． 克隆技术与濒危生物保护 克隆技术对保护物种特别是珍稀、濒危物种来讲是一个福音，具有很大的应用前景。从生物学的角度看，这也是克隆技术最有价值的地方之一。 3． 克隆技术与医学 在当代，医生几乎能在所有人类器官和组织上施行移植手术。但就科学技术而言，器官移植中的排斥反应仍是最为头痛的事。排斥反应的原因是组织不配型导致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供给“原版人”，作器官移植之用，则绝对没有排斥反应之虑，因为二者基因相配，组织也相配。问题是，利用“克隆人”作为器官供体合不合乎人道？是否合法？经济是否合算？ 克隆技术还可用来大量繁殖有价值的基因，例如，在医学方面，人们正是通过“克隆”技术生产出治疗糖尿病的胰岛素、使侏儒症患者重新长高的生长激素和能抗多种病毒感染的干挠素，等等。 克隆技术即无性繁殖技术。通常的有性生殖是由雌雄交配，精子和卵子结合发育成胚胎，经妊娠后产出新的个体。克隆技术不需要雌雄交配，不需要精子和卵子的结合，只需从动物身上提取一个单细胞，用人工的方法将其培养成胚胎，再将胚胎植入雌性动物体内，就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物，具有与单细胞供体完全相同的特征，是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功，被人们称为“历史性的事件，科学的创举”。有人甚至认为，克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。 克隆技术可以用来生产“克隆人”，可以用来“复制”人，因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说，克隆技术是悲是喜，是祸是福？唯物辩证法认为，世界上的任何事物都是矛盾的统一体，都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人，那会给人类社会带来什么呢？即使是用于“复制”普通的人，也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产，将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究，就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术，是一把双刃剑，剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动，避免“克隆人”的出现，使克隆技术造福于人类社会。 克隆（clone）是指通过无性生殖而产生的遗传上均一的生物群，即具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。克隆在希腊语中是“小树枝叶”的意思，用以指无性增殖物。现在则指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。（1）个体水平：在植物的无性增殖中，植物的发芽、插条等由同一个体通过无性生殖而增长的个体群均被视为克隆。采用组织培养方法可使植物细胞培养发育成完全的个体（愈伤组织），采用这种方法得到的具有相同基因型的个体群，也被称为克隆；在动物的无性增殖中，典型的例子是采用核移植实验方法，把分化细胞的核移植到一个事先去核的蛙卵中，让其发育并得到克隆蛙。克隆动物具有均一遗传性质，在研究环境条件对发育、分化的影响以及药物的检测方面都是重要的实验材料。在哺乳动物中，由于细胞分化，核异质化的程度加剧，因此核移植尚无成功的例子。（2）细胞水平：由一个细胞经过有丝分裂生成的细胞群叫克隆。但如果培养细胞发生转化，则很容易引起染色体变异。（3）基因水平：利用基因重组操作技术，使特定的基因与载体结合，在细菌等宿主中进行增殖，有可能得到均匀的基因群。克隆基因在基因功能与精细结构的关系等基础研究及在有用物质的生产方面，均已得到应用。 在上述3种水平上，增殖并分离获得单一的克隆群称为克隆化。此时，克隆一词也可作为动词理解。克隆是重组DNA技术的核心部分。事实上，克隆技术现已被人们用来通过营养方式繁殖病毒等微生物和植物的纯种，从而保证了这些生物基因组的准确连续性。现在，克隆这个词还包括单个自主遗传因子的分离与保存。细胞生物的克隆只需要营养培养基，而基因的克隆则需要某种载体复制子、特定的寄主细胞和营养培养基。各种类型生物的克隆技术在生物工程中均有其重要作用。
浅谈纳滤技术在水污染处理领域的应用论文
在日常学习和工作生活中，大家都不可避免地要接触到论文吧，借助论文可以达到探讨问题进行学术研究的目的。如何写一篇有思想、有文采的论文呢？以下是我为大家整理的浅谈纳滤技术在水污染处理领域的应用论文，希望对大家有所帮助。
论文摘要：纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的新型压力驱动膜分离技术。本文介绍了纳滤技术的分离特点，较全面的论述了纳滤在废水处理、饮用水生产、生化医疗和食品工业、饮料行业等方面的应用，并指出纳滤技术在应用过程中存在的问题及今后的发展方向。
论文关键词：纳滤;分离特点;水处理
1 引言
膜分离技术是近年来发展迅速，应用广泛的高新技术。与传统的分离技术相比，具有分离效率高、无相变、无化学反应、体积小、能耗低和操作方便等优点。纳滤作为膜分离技术中的一种，是介于超滤和反渗透之间的孔径接近于1mm的新型压力驱动膜技术。它既能截留透过超滤膜的小分子有机物和多价盐离子，又能透析被反渗透所截留的无机盐。基于它自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位，因此纳滤成为目前国内外膜分离领域研究的热点之一。
2 纳滤技术的特点
纳滤膜的分离特点纳滤膜在截留性能方面有两个特点：
(1)截留相对分子质量(MWCO)在200-1000之间，适宜于分离相对分子质量在200以上，大小约为1nm的溶解组分;
(2)具有离子选择性。由于膜表面或膜材料中常带有荷电基团，这些基团通过静电作用可产生Donnan效应，从而实现不同价态离子的分离，故有时纳滤也被称为“选择性反渗透”。
纳滤膜实际应用过程中的特点纳滤膜在实际的应用过程中有三个特点：
(1)操作压力低，一般在之间。由于操作压力较低，对设备要求较低。因此，基建费用和运行费用低，便于运行管理;
(2)在处理过程中不需添加化学试剂，也不引起二次污染;
(3)可分离回收有用物质，实现工业废水的资源化和回用，进一步降低处理成本。
3 纳滤技术的应用
纳滤膜由于截留的分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存在Donnan效应，所以对低分子量有机物和盐的分离有很好的效果。另外，纳滤膜还具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点，因此纳滤在国内外废水处理领域、饮用水生产领域、生化医疗领域、食品工业和饮料行业等得到越来越广泛的应用。
废水处理领域
造纸废水
造纸废水主要来之造纸过程中纸浆的大量冲洗，采用纳滤膜替代传统的吸收和电化学处理法能更有效地去除深色木质素和纸浆漂白过程中产生的氯化木质素。Nuortila-Jokinen等在实验室，用平板纳滤膜NF45处理经浮选和过滤预处理后的造纸废水。
45纳滤膜处理造纸废水的效果项目COD(mg/L)硫酸根(mg/L)总固体(mg/L)无机物(mg/L)进水出水Manttarri等开发了造纸厂水循环系统，发现与超滤法处理过程比较，采用纳滤技术处理后得到的水不但透明、无色、不含阴离子废物，而且将透过水的COD、总硫和无机盐含量的去除由超滤法的50%-60%提高到80%以上。
垃圾渗滤液
垃圾渗滤液的处理一直是世界性难题。目前，主要采用为厌氧好氧等生物处理法，但中后期渗滤液中含有很高浓度的溶解有机质，其中75%为可生化性差的腐植酸和富里酸(平均分子量1000Da)，导致生化法出水难以达标排放。与生化法相比，膜分离技术受原水水质的变化影响小，在这种难降解废水的处理中具有明显的优势。张亚军等介绍了纳滤膜技术在柳州垃圾填埋场渗沥液处理工程中的应用，纳滤系统经过近两年的稳定运行表明，垃圾渗沥液经过生化处理后经砂滤、保安滤器等预处理，再经过纳滤膜系统处理，使85%-90%的透过液达标排放，仅10%-15%的浓缩污液和泥浆返回垃圾池，这项工艺较好地解决了垃圾填埋场渗沥液的二次污染问题。Zouboulis等利用振动剪切增强单元增强膜的传质，用NF可以达到对渗滤液中总腐殖酸类物质97%的去除效果。可见纳滤技术处理垃圾渗滤液是可行的，并具有较反渗透处理能耗低的优势。
纺织印染废水
纺织印染厂在对织物进行煮漂和染色后，需使用大量的清水对织物进行冲洗，产生的废水中会含有大量的盐、染料、表面活性剂、洗涤剂等各种污染物，导致印染废水成为较难处理的工业废水之一。不过随着膜分离技术的发展，纳滤膜技术已在纺织印染工业中得到了成功的运用。等使用纳滤膜处理高无机盐含量的纺织染色废水，在操作压力为500kPa条件下，通量可以达到很高，而且染料的截留率超过98%，因此，可以实现废水的回收利用。Bruggen等采用了UTC-60、NF70和NTR7450三种纳滤膜对两种活性染料的染色废水进行了试验，结果都表明，直接应用纳滤工艺不但可以进行染料的提纯，而且纳滤出水可循环使用。何毅等考察了醋酸纤维素纳滤膜对染料溶液的分离性能，结果表明，纳滤膜对染料有很好的分离效果，分离性能是由膜、溶液和溶质三者共同决定的。
冶金工业废水
在金属的加工和合金生产废水中，含有相当高的重金属离子。为了使废水符合排放标准，一般是将这些重金属离子生成氢氧化物沉淀除去。如果采用采用纳滤膜技术处理，不仅可以回收90%以上的废水，而且可使重金属离子浓缩10倍，浓缩后的重金属具有回收利用价值。
傅前君采用纳滤对含Cu2+废水进行试验研究，NF90膜对含CuSO4的废液截留效果很好，Cu离子的截留率都在99%以上，出水铜离子质量浓度低于，可以达标排放或回用于镀件漂洗;浓水经进一步浓缩后也可回用。等对纳滤分离铬酸盐进行了研究，结果表明使用 TFC-S系列纳滤膜替代常规方法去除溶液中的Cr(Ⅵ)是可行的。但是，膜对Cr(Ⅵ)的截留率与溶液中的离子强度和pH密切相关，在pH=8时，截留率超过80%。由此可见，纳滤作为一种处理含Cr(Ⅵ)废水的方法是非常有应用前景的。
饮用水的生产领域
地下水软化
采用纳滤膜法软化地下水具有无污泥、不需再生、能除去水中大部分悬浮物及有机物、操作简便和占地省等诸多特点，因此在欧美发达国家已经非常普遍。
纳滤膜法软化地下水工艺流程等用不同类型的NF膜软化处理地下水，结果表明NF膜对多价离子的截留率高达90%以上，而对单价离子却只有60%-70%。张显球等采用NF90和NF270两种纳滤膜对南京某自来水进行软化处理，结果表明在较宽的操作压力()和温度(15-30℃)范围内，两种膜的产水总硬度分别在及以下。
等分别使用NF与活性炭-臭氧工艺对地下水进行软化处理，尽管两种方法都能取得较好的分离效果，但是从处理效果和环保的角度考虑，使用纳滤的方法更胜一筹。
饮用水净化
纳滤能有效的截留二价离子，较完全的去除病原体、水中加氯消毒副产物三卤甲烷中间体、痕量的除草剂、杀虫剂残余物、重金属、天然有机物等，十分适用于饮用水的深度处理。VedatUyak等人和Rubia等人均比较了采用不同的膜技术除去饮用水中的天然有机物质和三卤甲烷，结果表明纳滤是目前最有效技术之一。等采用NF膜和RO膜法去除地下水中的药物成分。结果表明，NF膜和RO膜拥有很好的截留性能，对所有药物的截留率均>85%，对有害物质如对乙酰氨基酚截留率为48%-73%，吉非贝齐为50%-70%，甲芬那酸为30%-50%。巴黎Mery-Sur-Oise饮用水处理厂在臭氧+活性炭处理河水不能满足饮用水(TOC的浓度<2mg/L)标准的要求下，采用纳滤对饮用水进行深度处理，取得了很好的效果。
海水淡化
目前，海水淡化已经成为解决我国沿海地区和世界上许多国家水资源短缺的重要手段之一。但如何高效经济的除去海水的高硬度、浊度和总固溶物(TDS)是制约海水淡化的瓶颈。
随着膜技术的不断发展，孔径介于反渗透和超滤之间、具有荷电性质的纳滤膜在海水软化方面的优势愈来愈得到人们的`关注。苏保卫等采用NF作为海水淡化的预处理工艺。试验结果表明，该法可以大幅度降低进料水的硬度、浊度和TDS含量，解决传统海水淡化过程中存在的结垢污染等许多问题。 等用纳滤作为海水淡化的预处理进行了一系列的研究工作，在研究过程中发现，纳滤膜能够有效的降低硬度、微生物和浊度。在22bar的压力下NF对 Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO3-，以及总硬度的去除率分别为，，，和。NF出水完全能够满足海水反渗透(SWRO)或多级闪蒸(MSF)的进水要求，使得SWRO和MSF的水回收率分别达到70%和80%。将NF膜作为海水淡化预处理的优点有：(1)通过除去浊度和细菌，阻止SWRF的膜污染;(2)通过去除硬度离子，阻止SWRF和MSF的比例缩放;(3)通过减少海水中大约30%- 60%的TDS，使得运行SWRF所需操作压力较低。
生化医疗领域
生化工程
将纳滤膜技术应用于生化工程，可以将相对分子质量低的物质(如类固醇、维生素、抗生素和氨基酸等)从其他反应物中分离出来，进行澄清和精制，并且成功的应用于VB12的回收和浓缩，以及红霉素、金霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程，苏保卫等采用DL和DK纳滤膜进行纳滤浓缩克林霉素磷酸酯(CLP)乙醇水溶液的研究。实验结果表明，DL纳滤膜可将CLP乙醇水溶液由40g/L浓缩至90g/L，适宜的操作压力为，温度为 40-50℃。李洁妹等采用超滤+纳滤双膜技术对林可霉素发酵液进行提纯和浓缩，通过对不同材料的纳滤膜的筛选结果表明，NF-20在膜通量和林可霉素回收率、杂质去除等方面优于其它的膜，为最佳选择。
医药工业
纳滤膜分离效率高、节能、不破坏产品结构等特点使其在医药产品的生产中也得到了日益广泛的应用。日本的Kazuhito Yamaguchi等人研究了用纳滤膜技术除去血浆制造中所产生的传染性有毒物质(HPVB19)，结果表明中空纤维膜BMM20和BMM15可以完全除去病毒和大小在20nm左右的微粒，纳滤膜可完全过滤掉其中的HPVB19病毒。徐为中等人采用超滤、纳滤技术浓缩家兔产气荚膜梭菌(A)型疫苗，建立家兔产气荚膜梭菌(A)型疫苗浓缩工艺。家兔产气荚膜梭菌(A)型超滤、纳滤浓缩疫苗的保护率达100%，而传统铝胶疫苗对照组的保护率平均为。何旭敏等采用的超滤与纳滤组合技术改造6-APA的原有生产工艺，使6-APA的平均mol收率由85%提高到90%以上，采用纳滤浓缩裂解液来提高6- APA结晶浓度，不仅降低了溶媒消耗，而且使结晶母液中的6-APA损失减少，从而提高了成品的收率(表2)。由此可见，随着膜技术的不断发展，纳滤将成为医药工业生产中一种高效的分离技术。
食品工业、饮料行业
在食品工业和饮料行业中，纳滤主要用来对加工过程中的料液进行浓缩、脱盐、调味、脱色和去除杂质。
低聚糖的处理
功能性低聚糖由于可以降低血脂、抗衰老和抗癌等多种生理功能而倍受关注。低聚糖与蔗糖的分子量相差很小，分离很困难。通常采用高效液相色谱法分离，但此法处理量小，耗资大。采用纳滤膜技术来处理可以达到高效液相分离法同样的效果，并大大降低操作成本。
俞三传等对低聚糖进行纳滤浓缩实验研究，结果表明，纳滤可实现对多糖溶液的浓缩。李炜怡等对蔗果低聚糖进行纳滤提纯实验，结果证明纳滤对蔗果低聚糖体系具有很好的分离效果，提纯过程中可得到纯度在90%以上的蔗果低聚糖产品。袁其朋等采用超滤、纳滤组合工艺对大豆乳清废水进行了处理实验。经超滤处理后的乳清废液，再经纳滤浓缩10倍后，浓缩液中总糖约有77%被截留，其中功能性地聚糖水苏糖和棉子糖的截留率高达95%以上，浓缩液中总糖质量分数达 ，再经活性炭脱色和离子交换脱盐及真空浓缩，即可得到透明状的大豆低聚糖糖浆。该法的优点在于既解决了废水的排放问题，同时又通过回收利用增加了经济效益。
果汁的高浓度浓
缩果汁浓缩传统上使用蒸馏法或冷冻法浓缩，但这些方法会造成果汁风味和芳香成分的散失，不仅消耗大量的能源，而且还得不到令人满意的成品。相比之下，纳滤膜浓缩技术具有节约能源、降低损耗、可在常温下连续操作、过程简单、高效、没有相变、分离系数大等优点，而且特别适用于热敏性物质的处理，因此在果汁浓缩方面得到了广泛的应用。高学玲等人用纳滤膜技术对乌龙茶提取液进行浓缩，发现纳滤不仅能实现乌龙茶提取液的浓缩，还可截留茶液中的茶多酚、咖啡碱等有效物质。Warczok等人报道了利用不同的纳滤膜浓缩苹果汁和梨汁的研究，通过实验过程中果汁通量的观察，表明纳滤膜用于果汁浓缩是可行的。
郑必胜等进行了纳滤浓缩西番莲果汁的研究，发现操作温度为28℃左右，压力为3MPa时，分离效果最好，此时实际膜通量达17L/()。经过纳滤浓缩，西番莲澄清汁可溶性固形物从13oBx提升到30oBx左右。
纯化浓缩多肽和氨基酸
离子与荷电膜之间存在道南(Donnan)效应，即相同电荷排斥而相反电荷吸引的作用。氨基酸和多肽带有离子官能团如羧基或氨基，在等电点时是中性的，当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷。由于一些纳滤膜带有静电官能团，基于静电相互作用，对离子有一定的截留率，可用于分离氨基酸和多肽。 Garem等利用无机和高分子复合纳滤膜进行了九种氨基酸和三种多肽的分离实验，探讨了这种方法的可行性。王晓琳等用ESNA2和ES20两种纳滤膜对苯丙氨酸和天冬氨酸水溶液体系进行分离实验，过程结束时，浓缩液中苯丙氨酸和天冬氨酸浓度的差值比原料液中的差值增大近4倍，纳滤分离的效果非常明显，实现了生物质的分离、精制与回收。
其它方面的应用
纳滤的特点使其越来越受人们的关注，因此，纳滤的应用也愈来愈广泛。除了以上几方面的应用外，还在高浓度有机废水处理、城市生活污水处理等方面都有具体应用，这里就不再详细叙述。
4 结语
随着国家“节能减排”发展策略的不断深入，以及人们环保意识的加强，废水资源再生利用已经成为包括我国在内的世界各国实现水资源可持续发展的重要战略之一。纳滤由于其独特的分离性能使其在水处理领域得到日益广泛的应用。但纳滤还需要很多方面需要优化改进，如在实际运行过程中如何更好的控制膜的污染问题，以保持膜分离性能和通量的稳定性，这需要人们对膜自身的传质机理进一步的深入探究，以开发出新的高通量、耐溶剂、耐酸碱、耐氯和抗污染性强的膜材料;此外膜的成本问题也是阻碍纳滤膜技术进一步推广应用的制约因素，因此，低成本高性能的膜生产必定是以后发展的趋势;最后，开发研制新的膜清洗技术及膜清洗剂以延长膜使用寿命也是亟待解决的问题。随着膜科学技术的不断进步，相信纳滤膜技术目前面对的问题都会逐一解决，那时候它在水处理领域的应用前景必将更加广阔。
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摘要：随着我国经济的高速发展，水处理行业已迎来黄金发展阶段。生活用水方面，家用净水器逐渐成为品质生活必备品。工业用水方面，污水回用、污水零排放已经是大势所趋。由于膜技术具有高效、实用、可调、节能和精密分离等优点，使得膜法在水的深度处理领域已占据重要位置。可以预见在未来的十年，膜法将更加普及。本文将对膜技术在我国水处理中的应用与发展进行分析，找出膜技术存在的问题并探究其发展趋势，以便更好地开展膜技术的应用工作。
关键词：膜技术；水处理；应用；发展
膜技术主要由微滤、超滤、纳滤、反渗透等组成，已有效的处理了部分水资源。随着膜技术的发展，膜法将在更广阔的水处理领域得到应用。反渗透液水处理分离过程中截留率最高的膜工艺。纳滤实为低压反渗透，高度截留多价盐，低度截留一价盐。超滤是一种净化高分子量化合物（例如蛋白质），膜工艺。微滤是一种截留悬浮固体、脂肪和大分子有机物的净化工艺。
1、膜技术在水处理中应用的发展概况
膜技术在水处理中应用的发展背景
当前，经济建设仍是我国的中心工作，工业化、城镇化进程明显加快，这对我国水环境却造成了严重影响。水环境污染防治成为我国重要的工作任务，对于人民生活与生产活动意义重大。水处理是水环境污染防治的一项重要内容，其应用的处理技术对于水质改善具有直接的影响，以往的水处理技术还较为传统，不能保证处理后水质显著改善。近些年，随着我国经济实力的逐渐提高，国家在水处理新技术领域中的投入逐年增加，这使得水处理技术得以发展与革新。而膜技术作为水处理应用领域中的一种新型处理技术，它与以往传统技术相比具有新型高效、精密分离等优点，膜技术的应用与发展使我国水处理水平有了大幅提高，对于国家社会经济发展及生态环境改善具有积极意义。
膜技术在水处理应用中的发展现状
现阶段，膜技术在水处理中的应用正在进行完善，膜技术还存在一些有待进一步完善的方面，在水处理领域有待进一步推广和应用。膜技术主要是利用先进的膜生产技术所生产的高效半透性膜来进行水处理的技术手段，根据膜孔的大小、通过物理作用及生化反应等来过滤不同类型的物质，以达到水处理的目的。膜技术在水处理中的应用较多，能够去除微生物、隔离小微型杂质以及具有排斥作用等，这些作用使得膜技术在水处理中得以广泛应用，它是我国水处理技术发展的阶段性成果。
重视膜技术在水处理中应用的必要性分析
伴随着国家环境不断遭到破坏，导致了水体受到严重污染，降低了饮水质量。因此，应该加大对水处理技术工作的力度，确保提供给人们一个安全的饮水环境。由于膜技术比起传统处理技术更加节能环保，分离更精密，降低风险，水质处理效果得到提升。在未来处理水质中应该加大对膜技术的利用以及研究，完善膜技术，进一步改善水质质量，得到健康安全的水质。
2、膜技术在水处理中的应用
膜技术在给水中的应用
膜技术的发展对于给水带来的便捷性是不言而喻的。一直以来，城市水资源的给水问题一直是城市建设的巨大问题，例如，我国为了缓解北京、天津等地区水资源紧张的问题而进行的南水北调工程，就是典型的解决给水问题而进行的水利工程，而发达国家随着膜技术的成熟，已经成功利用的膜技术解决的城市或偏远地区的给水问题。法国建设有世界上最大的膜净水厂，以膜技术为核心，通过膜技术来对城市废水、地下水、工业水资源进行处理，充分利用现有的水资源完成城市淡水的供应，最高可以达到每天净化34万立方米的水资源，保障的大城市的给水问题。
美国掌握着世界上的最先进性的膜处理水的技术，建设在美国科罗拉多州的膜法净水厂，膜技术的已经实现反渗透净化技术，可以过滤到水资源中的溶解性物质，有效保证了水资源的安全性。随着膜技术的成熟，在水资源处理技术方面相较于传统的处理技术差距将越来越小，最终可以实现的以最小的代价处理大量水资源，满足城市给水的需求。
反渗透膜在饮用水处理的应用
反渗透膜是当前膜技术发展中应用较多的一种膜技术，广泛的应用在饮用水处理当中。反渗透膜利用的是生物细胞膜的原理，其本质上是一层半透膜，具有选择透过性，但是对于溶质微粒较小的物质不具备选择透过性，当半透膜两段的液体具有不同的浓度时，在渗透压的作用下，溶液会向渗透压较高的一方的流动，反渗透膜可以在浓度较高的一方溶剂加入更大的压强，就可以使得溶液向浓度的度较低的一侧移动，从而实现反渗透的作用。反渗透膜应用于饮用水处理当中，依据反渗透膜的性质，向需要处理的水资源是假压强，利用反渗透膜处理的废水当中的微粒子，从而实现水资源的淡化处理，变为人体可以应用的纯净水资源，这种方法较于传统法的化学沉降过滤处理方法具有较大的先进性。一般为了保证水资源的绝对健康，必须采用超低压反渗透膜处理的水资源才可以作为饮用水，同时为了保证的饮用水的营养，可以采取矿化的方法，制作出营养价值较高的饮用水资源。
膜生物反应器在污水、废水处理应用
膜生物反应器是一种复合膜技术与生物净化技术的机器，在处理水的过程中，通过膜技术对需要处理的水进行一次处理，大幅降低水中有害物质或杂质的数量，染头通过生物处理单元进一步净化水资源，这样处理过的废水或污水，其内部的有害物质已经微乎其微，对于环境的影响不是很大，可以进行排泄或者重生产利用。膜生物反应器是随着膜技术的发展而诞生的，膜生物反应器具有较大的先进性，较于传统的生化处理污水技术，膜生物反应器处理效率高、速度快，并且水质更加的纯净，膜生物反应器在经过安装之后，可以实现自动化运行，方便企业或工厂进行管理维护。
3、膜技术在水处理中的发展趋势
、提高膜技术的应用水平
随着膜技术在水处理上的应用，在未来我们更应该集中对膜技术的应用水平进行提高。只有对膜技术进行改善，处理水质上才能更加深入地提升膜技术的应用力度，进一步改善水质效果。
、重视膜材料制造工艺
在水处理技术中，膜技术有着很宽广的利用前景。为此，膜材料制造工艺更应该重视，结合先进的国内外膜材料制造方法，根据实际情况进行改进，使膜材料更加稳定，提升膜材料的质量，促进膜技术的发展。
、提高膜性能
膜技术虽然已得到广泛应用，但还存在着各种问题，主要集中于抗污堵能力差、使用要求较高等。所以，相关人员在未来中更应该提高膜性能，利用发展较快的新科学技术，结合膜技术，进一步改善膜结构，使膜性能得到改善，使它的分离优势作用最大程度地得到发挥。
结束语：
总之，目前我国水资源短缺，在处理水质领域，膜技术由于它的简单高效而且处理效果良好的优势具有很广的利用前景，可以解决水资源问题，改善水质。在未来的水资源处理技术发展中，我们要做的就是使膜技术利用更为广泛，最为重要的就是关于分离膜的把握，就应该针对膜材料进行进一步的探析，制造出性能更加优良的分离膜，充分发挥膜技术在水质处理上的优势。
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膜分离技术在环境工程中的应用探讨论文
摘要：随着科学技术水平的提升，膜分离技术发展的越来越成熟，且应用范围也不断的拓宽，这其中，以环境工程中的应用最为广泛，环境工程中通过应用膜分离技术，可有效地提升环境污染治理及预防的效果，在本文中，论述了各种膜分离技术在环境工程中的具体应用。
关键词：膜分离技术;环境工程;应用
以分离过程为划分依据，膜分离技术中包含多种类型，比如微滤、超滤、纳滤等。通过膜分离技术，可有效地处理环境中的固体、气体污染物，避免这些污染物污染环境，提升环境中的清洁度。环境工程开展的目的在于缓解环境污染的现状，防止环境污染加重，提升环境质量，应用膜分离技术后，可有效地提升工程开展的效果，实现环境质量提升的目的。
一、微滤技术在环境工程中的应用
颗粒、细菌等物质的大小位于 lOLm时，过滤时适合采用微滤技术，此项技术属于筛网过滤，操作过程中，具备比较低的压力，而且能够较好的适应液体，在饮水处理工程中有着比较广泛的应用。传统的过滤技术中，过滤池中需要设置澄清过滤和二沉池，占地面积比较大，但在应用微滤技术后，澄清过滤及二沉池可以直接取消，使得过滤池的占地面积有效缩小，而且如果水质出现比较大的波动时，过滤处理的效果依然比较好。此外，通过膜分离技术，可以良好的处理废水，循环实现闭路，经过处理的'污染水可以再次回收利用，实现废水再利用的同时，节约水资源，并提升资源的利用效率，同时，还可以将环保意识有效地提升。
二、超滤技术在环境工程中的应用
超滤膜的过滤孔直径非常小，最小，最大Inm。环境工程中，应用超滤技术后，物质中含有的固体颗粒、悬浮物可以被有效的过滤清除，同时，大分子物质、胶体的过滤中也可以应用超滤技术，具备比较好的过滤效果。在电泳涂漆废水的处理工程中，广泛的采用超滤技术，通过此种膜分离技术，有效地清除废水中的金属离子杂质，实现废水的回收再利用，提升了废水的再利用效率，并且其再生的可生化性显著增强。需要注意的是，在环境工程在应用超滤技术时，使用的超滤膜及相应的组件通量要比较大，而且所具备的耐高温、抗氧化性能要非常好，当前的超滤技术水平还无法有效地满足这一要求，需要进一步加大研发的力度，实现这一目标。
三、反渗透技术在环境工程中的应用
无论是何种类型的溶质，反渗透膜虽具备的脱除率都非常高，且具备非常高的出水水质，通常，除盐处理工程中经常采用反渗透技术。现阶段，环保领域已经大规模的应用了反渗透技术，主要体现在四个方面，一是改善城市饮用水的水质，二是处理城市污水，三是处理工业废水，四是处理垃圾渗滤液。在垃圾渗滤液中，含有的氨氮、碱度及重金属的浓度非常高，而当氨氮的浓度非常高时，会产生比较大的毒副作用，利用活性污泥法处理垃圾渗滤液时，处理的效果非常差，而应用反渗透技术进行处理时，可以显著的提升处理的效果。现阶段，环境工程应用反渗透技术时，还存在的一定的问题，主要表现在两个方面，一个是膜污染，一个是浓差极化，在今后的研究中，重点在于研究出耐污染、价格低的膜材料，并使新研制的膜材料具备耐高温、抗氧化、超低压的性能。
四、纳滤技术在环境工程中的应用
上世纪八十年代，典型反渗透复合膜出现，随后，经过进一步的研究与开发之后，研制出新型的膜分离技术——纳滤技术，该项技术为分子级技术，位于超滤技术与反渗透技术之间。纳滤技术的过滤过程属于压力驱动型，操作过程中，设置压力时，通常最小设置为，最大时设置为。离子选择性是纳滤膜的一个突出特点，去除二价离子时，去除率可超过95%，但去除一价离子时没去除率仅在40%~ 800/0之间，基于纳滤技术的特点及去除率，在河水有害物质去除、地下水有害物质去除、废水脱色等工程有着比较广泛的应用。在低压状态下，纳滤膜的通量比较高，与反渗透膜相比，仅需比较少的投资成本及操作成本，但利用纳滤技术过滤过程中，纳滤膜较易受到污染，预处理时，需要进水水质比较高，且处理过程比较复杂，使得纳滤技术的应用受到一定的限制。
五、液膜技术在环境工程中的应用
所谓液膜，就是乳液颗粒悬浮在液体中，乳液颗粒层非常薄，膜分离过程中，渗透具有一定的选择性，通过化学反应，萃取和吸附其中的污染物，实现净化。与固膜相比，液膜具有更为快速的传质速度，且具备非常高的选择性和分离效率。在溶液中，如果定分离离子和有机物，适合采用此种技术进行膜分离。当前，医药化工、湿法冶金、废水处理中已经良好的应用液膜分离技术，通过资源化处理的方式，促使废水实现再利用。
六、结论
环境工程中，通过膜分离技术的应用，可有效的减少废水、废气、固体颗粒等对环境的污染，并实现废水的再生利用，有效的增强了环境保护的效果。
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“克隆”是从英文“clone”音译而来，在生物学领域有3个不同层次的含义。 1．在分子水平，克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片断通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片断的“群体”。 2．在细胞水平，克隆实质由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。其中每个细胞的基因都相同。比如，使一个细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物(如细菌或病毒)侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由一个B细胞分裂而成，这样的一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。细胞克隆是一种低级的生殖方式－无性繁殖，即不经过两性结合，子代和亲代具有相同的遗传性。生物进化的层次越低，越有可能采取这种繁殖方式。 3．在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如，两个同卵双胞胎即为一个克隆！因为他（她）们来自同一个卵细胞，所以遗传背景完全一样。按此定义，“多利”并不能说成是一个克隆！因为“多利”只是孤单的一个。只有当那些英国胚胎学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多利”时才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版在《Nature》杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多利”说成是一个克隆。 另外，克隆也可以做动词用，意思是指获得以上所言DNA、细胞或个体群体的过程。 二、克隆技术 1．DNA克隆 现在进行DNA克隆的方法多种多样，其基本过程如下图所示(未按比例) 可见，这样得到的DNA可以应用于生物学研究的很多方面，包括对特异DNA的碱基顺序的分析和处理，以及生物技术工业中有价值蛋白质的大量生产等等。 2．生物个体的克隆 (1)植物个体的克隆 在20世纪50年代，植物学家用胡萝卜为模型材料，研究了分化的植物细胞中遗传物质是否丢失问题，他们惊奇地发现，从一个单一已经高度分化的胡萝卜细胞 可以发育形成一棵完整的植株!由此，他们认为植物细胞具有全能性。从一棵胡萝卜中的两个以上的体细胞发育而成的胡萝卜群体的遗传背景完全一样，故为一个克隆。如此的植物的克隆过程是一个完全的无性繁殖过程! (2)动物个体的克隆 ① “多利”的诞生 1997年2月27日英国爱丁堡罗斯林(Roslin)研究所的伊恩·维尔莫特科学研究小组向世界宣布，世界上第一头克隆绵羊“多利”(Dolly)诞生，这一消息立刻轰动了全世界。 “多莉”的产生与三只母羊有关。一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境——子宫，是“多莉”羊的“生”母。其整个克隆过程简述如下： 从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞；给一头苏格兰黑面母绵羊注射促性腺素，促使它排卵，取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞；利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞；将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。出生的“多莉”小绵羊与多塞特母绵羊具有完全相同的外貌。 一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞(围绕在卵母细胞外周的高度分化细胞)的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中得到20多只发育完全的小鼠。如呆“多利”因为只有一只，还不够叫做克隆羊的话，这些小鼠 就是名副其实的克隆鼠了。 ② 通过细胞核移植克隆小鼠的基本过程 在本实验中，卵丘细胞是经如下过程得到的：通过连续几次注射绒毛膜促性腺激素，使雌鼠诱导成高产卵量状态。然后从雌鼠输卵管中收集卵丘细胞与卵母细胞的复合体。经透明质酸处理使卵丘细胞散开。选择直径为10－12微米的卵丘细胞用作细胞核供体（前期实验表明，若用直径更小或更大的卵丘细胞的细胞核，经过细胞核移植的卵母细胞很少发育到8细胞期）。所选择的卵丘细胞保持在一定的溶液环境中，在3小时内进行细胞核移植（与此不同的是，在获得“多利”时用作细胞核供体的乳腺细胞先在培养液中传代了3－6次） 卵母细胞（一般处于减数分裂中期 II ）通过与上面描述类似的方法，从不同种的雌鼠中收集。在显微镜下小心地用直径大约7微米的细管取出卵母细胞的细胞核，尽量不取出细胞质。同样小心取出卵丘细胞的细胞核，也尽量去除所带的细胞质（通过使取出的细胞核在玻璃管中往复运动数次，以去除所带的少量的细胞质）。在细胞核被取出后5分钟之内，直接注射到已经去除了细胞核的卵母细胞中。进行了细胞核移植的卵母细胞先放在一种特制的溶液中1－6小时，然后加入二价的锶离子（Sr2+）和细胞分裂抑素B。前者使卵母细胞激活，后者抑制极体的形成和染色体的排除。再取出处理过的卵母细胞，放在没有锶和细胞分裂抑素B的特制的溶液中使细胞分裂形成胚胎。 不同阶段的胚胎（从2细胞期到胚泡期）被分别植入几天前与已经结扎雄鼠交配过的假孕母鼠的输卵管或子宫中发育。发育完全的胎儿鼠在大约19天后通过手术取出。 目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。在中国，除猴子以外，其他克隆动物都有，也能连续核移植克隆山羊，该技术比胚胎分割技术更进一步，将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多，每份细胞越少，发育成的个体的能力越差。体细胞核移植克隆的动物只有一个，就是“多利”羊。 三、克隆技术的福音 1． 克隆技术与遗传育种 在农业方面，人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种，大大提高了粮食产量。在这方面我国已迈入世界最先进的前列。 2． 克隆技术与濒危生物保护 克隆技术对保护物种特别是珍稀、濒危物种来讲是一个福音，具有很大的应用前景。从生物学的角度看，这也是克隆技术最有价值的地方之一。 3． 克隆技术与医学 在当代，医生几乎能在所有人类器官和组织上施行移植手术。但就科学技术而言，器官移植中的排斥反应仍是最为头痛的事。排斥反应的原因是组织不配型导致相容性差。如果把“克隆人”的器官提供给“原版人”，作器官移植之用，则绝对没有排斥反应之虑，因为二者基因相配，组织也相配。问题是，利用“克隆人”作为器官供体合不合乎人道？是否合法？经济是否合算？ 克隆技术还可用来大量繁殖有价值的基因，例如，在医学方面，人们正是通过“克隆”技术生产出治疗糖尿病的胰岛素、使侏儒症患者重新长高的生长激素和能抗多种病毒感染的干挠素，等等。
膜分离技术在环境工程中的应用探讨论文
摘要：随着科学技术水平的提升，膜分离技术发展的越来越成熟，且应用范围也不断的拓宽，这其中，以环境工程中的应用最为广泛，环境工程中通过应用膜分离技术，可有效地提升环境污染治理及预防的效果，在本文中，论述了各种膜分离技术在环境工程中的具体应用。
关键词：膜分离技术;环境工程;应用
以分离过程为划分依据，膜分离技术中包含多种类型，比如微滤、超滤、纳滤等。通过膜分离技术，可有效地处理环境中的固体、气体污染物，避免这些污染物污染环境，提升环境中的清洁度。环境工程开展的目的在于缓解环境污染的现状，防止环境污染加重，提升环境质量，应用膜分离技术后，可有效地提升工程开展的效果，实现环境质量提升的目的。
一、微滤技术在环境工程中的应用
颗粒、细菌等物质的大小位于 lOLm时，过滤时适合采用微滤技术，此项技术属于筛网过滤，操作过程中，具备比较低的压力，而且能够较好的适应液体，在饮水处理工程中有着比较广泛的应用。传统的过滤技术中，过滤池中需要设置澄清过滤和二沉池，占地面积比较大，但在应用微滤技术后，澄清过滤及二沉池可以直接取消，使得过滤池的占地面积有效缩小，而且如果水质出现比较大的波动时，过滤处理的效果依然比较好。此外，通过膜分离技术，可以良好的处理废水，循环实现闭路，经过处理的'污染水可以再次回收利用，实现废水再利用的同时，节约水资源，并提升资源的利用效率，同时，还可以将环保意识有效地提升。
二、超滤技术在环境工程中的应用
超滤膜的过滤孔直径非常小，最小，最大Inm。环境工程中，应用超滤技术后，物质中含有的固体颗粒、悬浮物可以被有效的过滤清除，同时，大分子物质、胶体的过滤中也可以应用超滤技术，具备比较好的过滤效果。在电泳涂漆废水的处理工程中，广泛的采用超滤技术，通过此种膜分离技术，有效地清除废水中的金属离子杂质，实现废水的回收再利用，提升了废水的再利用效率，并且其再生的可生化性显著增强。需要注意的是，在环境工程在应用超滤技术时，使用的超滤膜及相应的组件通量要比较大，而且所具备的耐高温、抗氧化性能要非常好，当前的超滤技术水平还无法有效地满足这一要求，需要进一步加大研发的力度，实现这一目标。
三、反渗透技术在环境工程中的应用
无论是何种类型的溶质，反渗透膜虽具备的脱除率都非常高，且具备非常高的出水水质，通常，除盐处理工程中经常采用反渗透技术。现阶段，环保领域已经大规模的应用了反渗透技术，主要体现在四个方面，一是改善城市饮用水的水质，二是处理城市污水，三是处理工业废水，四是处理垃圾渗滤液。在垃圾渗滤液中，含有的氨氮、碱度及重金属的浓度非常高，而当氨氮的浓度非常高时，会产生比较大的毒副作用，利用活性污泥法处理垃圾渗滤液时，处理的效果非常差，而应用反渗透技术进行处理时，可以显著的提升处理的效果。现阶段，环境工程应用反渗透技术时，还存在的一定的问题，主要表现在两个方面，一个是膜污染，一个是浓差极化，在今后的研究中，重点在于研究出耐污染、价格低的膜材料，并使新研制的膜材料具备耐高温、抗氧化、超低压的性能。
四、纳滤技术在环境工程中的应用
上世纪八十年代，典型反渗透复合膜出现，随后，经过进一步的研究与开发之后，研制出新型的膜分离技术——纳滤技术，该项技术为分子级技术，位于超滤技术与反渗透技术之间。纳滤技术的过滤过程属于压力驱动型，操作过程中，设置压力时，通常最小设置为，最大时设置为。离子选择性是纳滤膜的一个突出特点，去除二价离子时，去除率可超过95%，但去除一价离子时没去除率仅在40%~ 800/0之间，基于纳滤技术的特点及去除率，在河水有害物质去除、地下水有害物质去除、废水脱色等工程有着比较广泛的应用。在低压状态下，纳滤膜的通量比较高，与反渗透膜相比，仅需比较少的投资成本及操作成本，但利用纳滤技术过滤过程中，纳滤膜较易受到污染，预处理时，需要进水水质比较高，且处理过程比较复杂，使得纳滤技术的应用受到一定的限制。
五、液膜技术在环境工程中的应用
所谓液膜，就是乳液颗粒悬浮在液体中，乳液颗粒层非常薄，膜分离过程中，渗透具有一定的选择性，通过化学反应，萃取和吸附其中的污染物，实现净化。与固膜相比，液膜具有更为快速的传质速度，且具备非常高的选择性和分离效率。在溶液中，如果定分离离子和有机物，适合采用此种技术进行膜分离。当前，医药化工、湿法冶金、废水处理中已经良好的应用液膜分离技术，通过资源化处理的方式，促使废水实现再利用。
六、结论
环境工程中，通过膜分离技术的应用，可有效的减少废水、废气、固体颗粒等对环境的污染，并实现废水的再生利用，有效的增强了环境保护的效果。
参考文献：
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药学是历代人民大众智慧的结晶。下文是我为大家整理的关于的范文，欢迎大家阅读参考! 篇1 微生物制药中膜分离技术应用探析 【摘要】在当代的生物制药分离工程技术中，膜分离技术已经被广泛应用，并且具有显著应用意义。本文就膜分离技术的应用展开讨论，主要包括在抗生素、氨基酸、酶类分离纯化等的应用进行了介绍，并且根据应用效果，对膜分离技术应用中存在的问题和针对问题的改进方法进行了阐述。 【关键词】膜分离技术;生物制药;分离浓缩 膜分离技术是现代生物制药分离工程的一门新技术，主要针对生物分离、生物浓缩以及净化提纯技术，是当代广泛应用的技术之一，其技术特点是：节约能量、保护产品原有结构不被破坏、无污染、操作简便、常温下可持续操作、有专一性等[1]。而且在膜分离技术中有各种不同的机制，以便用于不同的分离要求，特备是在热敏性物质的分离过程中有显著的优势，因此在食品的深加工以及医药的分离过程中都具有深远的应用意义，具备独特性和实用性。 1膜分离技术应用在抗生素、氨基酸和酶类分离纯化中。 应用特点 与以往传统抗生素提炼工艺相比，膜分离技术程式更为简便，从传统的发酵液过滤、萃取、浓缩，简化为发酵液超滤、反渗透，之后经过脱色、干燥环节，就可直接生成产品。因此，膜分离技术不仅简化工艺、操作简单，而且投资少、执行费用低，更节省资源，对产品的结构和外观无破坏，且保证质量，材料分离效率和产品收成率均比较高。由于膜分离技术对溶剂量的要求极低，因此提纯、加工后的废液处理也更为简易。 膜分离技术 膜分离技术主要用于发酵液后的处理，根据截留孔径的不同和分子量的大小，可将处理过程分成十余种，其中较为主要的是超滤、微滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、液膜分离、电渗析、气体分离等技术[2]。 超滤膜分离术截留孔径为2-50nm，采用压差和流速原理，在常温情况下，利用高分子薄膜渗透性，将小于膜孔径的低分子量物质过滤，而将高分子量物质截留，从而提升产品纯度。目前已开发出1000 - 100万分子量超滤膜，可根据分子大小及产品要求纯度对发酵液进行过滤处理，从而将酶、多糖、蛋白质、病毒等大分子物质截留，保证产品纯度。 微滤膜分离技术主要用于细胞收集、液固分离等技术环节，采用筛分原理，将直径以上的粒子截留，防止细菌、细胞、不溶物等物质进入发酵液中，是超滤之前重要的预处理过程。 纳滤膜分离技术截留孔径大约在2nm左右，可高度截留小分子物质，如抗生素、染料、双糖、合成药等小分子物质都会进行截留，而对于有机物、无机盐、水等小分子物质有益物质，可以通过，同时对产物起到浓缩作用，由于膜表明呈负电性，可 *** 水垢污染，此膜分离技术获得较快发展。 反渗透分离技术采用溶解扩散原理，通过截留氨基酸、盐等小分子物质，而通过溶剂分子，从而利于有机物的浓缩，提高纯度。 液膜萃取技术，将萃取与反萃取相结合，利用液膜的选择透过性，将两个液相隔开，进行物质分离。液膜采用均质膜，其表面活性剂，具有传质速度快、分离率高、选择渗透性好，且分离、浓缩可同时进行等特点，为此近几年液膜萃取技术在活性物质的分离提取领域备受关注，如青霉素、红霉素等抗生素的提取就是液膜萃取技术应用的典型例子。但液膜萃取所需原料复杂、膜流动载体单一、易破裂、堵塞等缺点，也是该技术没能进行广泛退刚的原因。 2技术缺陷及改进 由于在压力驱动下，料液透过膜过程中容易被截留，于是导致膜与本体溶液介面间的浓度越来越高，形成较强渗透压，容易在膜表面形成沉积，从而为物质通过造成阻力，使膜发生溶胀或使膜效能恶化，结晶析出，堵塞流道。此外，在物料处理中，由于粒子、溶质分子与膜之间的屋里化学反应，以及浓度极化导致的膜表面浓度超标，很难溶解，膜表面及孔内吸附、沉积引起孔径变小或阻塞，而使膜的透过性和分离性出现不可逆的破坏[3]。 针对以上技术问题，可采用以下方式进行改进：1膜表面改性，可采用改变膜表面极性和电荷的方式，减轻污染;采用吸附力强的溶质吸附， 对于醋酸纤维膜可采用阳离子活性剂进行辐射嫁接，该表膜表面极性，此方法有助于膜表面改性处理，从而提升膜抗污染性及亲水性，增加溶液通量;2有效清洗。针对长期存在的膜污染问题，可采用物理清洗和化学清洗方法进行处理，如果高速流动液体进行冲洗，或海绵球擦洗等，也可采用表面活性剂、螯合剂、过氧化氢、磷酸盐等清洗剂进行清洗，从而去除膜孔、膜面的污染物，增强膜面透过性，延长膜寿命;3引进新型膜材料。陶瓷膜、玻璃膜、金属膜是近几年开发的新型膜材料，具有耐高温、耐溶剂、抗老化、耐细菌、再生性强等优点，且有助于膜截留效能改进，在业界受到广泛应用，是发展最快、最有前景的品种。 3技术革新 在膜分离技术领域，膜萃取、膜反应、膜蒸馏、亲膜分离等技术在未来有更广阔的发展前景，也是膜分离技术的发展方向。这些技术将传统分离技术与现代膜分离技术相结合，取其精华，去除糟粕，将两种技术的有点有效结合，从而提高膜技术的高分辨应用，促使蛋白质-病毒分离术、膜色谱、蛋白质切线流分离等技术更为纯熟，效果更好。这些膜技术的改进和发展，对今后生物制药的分离技术、以及现代生物制药的提纯过程有着重要的作用，是不可或缺的重要技术力量。为此，在未来膜技术领域，人们在关注膜分离渗透性及选择性的同时，也会更注重膜材料、性质、以及相关技术原理等内容，从而为膜分离技术的提升和跨越，提供更广阔的空间。 参考文献 [1]邬方宁.膜分离技术在药物分离中的应用[J].天津药学.201002：196. [2]谷大建;徐巍.膜分离技术的应用及研究进展[J].中国药业.200806：237. [3]施东魁;胡春梅.膜分离技术及其在医药生产和研究中的应用[J].中国中药杂志.200615：257-259. 篇2 试分析膜分离在中药制药中的应用进展 摘要：膜分离技术因其便于操作、过程易于控制以及无污染、能耗低等优势，在中药的制药过程中应用广泛，并产生了良好的经济与社会效益。加强膜分离技术的研究具有重要的现实意义。本文立足于膜分离技术及其在中药制药中的应用领域，着重分析了膜分离技术在中药的制药过程中的应用进展。 关键词：膜分离技术;中药制药;应用进展 一、膜分离技术及其在中药制药中的应用领域 一膜分离技术及其特点 膜分离技术是一种在化学位差以及外界能量的推动下，让混合物其中一部分组分通过选择性透过膜，而另一部分则被透过膜截留下来，并有机结合透过膜在分离混合物时，混合物的各组分具有不同的迁移率这一特性，从而实现分离混合物或对其展开浓缩以及提纯等目的新型分离技术。在膜分离过程中，没必要将新物质引入，而且分离中无相变化产生，因此对环境的污染较少，同时所消耗的能量较低，能有效的节约能源。此外，化学势能差以及压力差是膜分离的主要驱动力，其分析装置无运动部件，因此膜分离技术具有操作方便、结构简单、维修方便等特点。 二膜分离技术在中药制药中的应用领域 1.常规除杂。运用膜分离技术，可将热原、鞣质以及蛋白等中药内的大分子杂质去除。例如，运用膜分离技术中的微滤技术，进行何首乌水提液的精制，去除的固体杂质高达67%左右，可获得良好的精制效果; 2.有效成分提纯。当前，膜分离技术在中药的现代化生产中，在进行提纯植物有机酸与色素、黄酮类化合物等有效成分中应用广泛; 3.中药提取液浓缩。一般情况下，在多数的中药提取液中，其目标产物具有的浓度相对较低，要获得最终的产品，通常需要经过大比例干燥或浓缩才能实现。在中药提取液中运用膜分离技术，可将提取液中的无机盐类以及水去除，最终完成中药提取液的浓缩; 4.药酒与中药口服液生产。1在药酒的生产过程中，运用膜分离技术，利于除菌率以及澄明度的提高;且经过较长时间的贮存依然能保障药酒的效能;2在运用传统的水提醇沉法生产中药口服液的过程中，生产的产品具有较大的黏度，且含有大量絮状物、亚微粒等。在中药口服液的生产中，运用膜分离技术可增加口服液中的有效成分浓度，同时还利于中药口服液的澄明度的大幅提升; 5.中药注射剂、浸膏制备。1在中药浸膏制备过程中，采用膜分离技术，能有效缩减中药浸膏崩解时限，提高其崩解效能，并使浸膏中有效成分含量大幅提升，减小中药浸膏的体积;2相较于采取石硫醇法以及醇水法等传统方法进行中药注射剂的制备而言，应用膜分离技术可将热原以及杂质等有效去除，避免不良反应的产生，大幅提升制备产品的澄清度。同时，运用膜分离技术进行中药注射剂的制备还能产生脱色作用。 二、膜分离技术在中药制药中的应用进展分析 一微滤与超滤 可将微滤与超滤的过程看做是一个以膜为介质而展开过滤的过程，它主要是在压力差作用下，结合膜孔径大小而实施筛分的过程。混合液体在压力差作用下通过膜时，比膜孔径小的分子被富集起来，并截留住比膜孔径大的大分子物质，完成混合物分离。在这一分离的过程中，由于分离膜上不断滞留了许多大分子物质，从而降低了膜的通量。加之阻塞以及浓差极化产生的膜污染问题，导致实际膜通量<5%的纯水通量。微滤操作压差通常在之间，为其膜孔径范围，适用于含细菌、微粒的溶液的纯化与分离，提取液的澄清等;超滤操作压差通常在之间，在提纯与分离气体、含胶状物质以及大分子的溶液中应用广泛，同时还用于纯化与浓缩中药提取液，去除内毒素，制备注射剂与口服液等。 二纳滤 在纳滤过程中，压力差是其主要的驱动力。在纳滤分离过程，所需的操作压力<1MPa。同时，运用这一分离技术，其截留物的分子直径约为1nm，而且纳滤膜带电荷，从而在较低的压力作用下，纳滤膜具有的脱盐率较高。此外，纳滤膜的抗污染能力较强，耐压性较高，同时还利于节约投资费用。纳滤在中药分离、浓缩以及精制等过程中应用广泛。 三反渗透 反渗透主要是指实际高于溶液渗透压的压力于溶液一侧，并通过膜，使溶剂分子流向溶剂侧，并确保溶剂分子流向溶液侧的数量多于其向溶液侧透过的数量的过程。静压差高于渗透压以及选择性透过膜是反渗透必不可少的两个条件。在该过程中，操作压力通常为，为截留分子直径。在中药制药中，反渗透主要应用于浓缩药液、水回收利用以及脱除各类无机盐等。 在中药制药中，除以上的膜分离技术应用之外，膜蒸馏、分子印迹技术以及膜整合联用技术在中药的生产过程中也普遍应用。如，运用膜蒸馏技术精制中药，或在人参综合利用中，运用膜蒸馏技术进行人参露与洗参水的浓缩等。 膜分离过程具有分离效率高、可实现自动化与连续操作，而且分离过程简便等优势，使膜分离技术发展成为当前最为节能、高效的分离与浓缩技术之一。在中药制药中，运用膜分离技术，可有效降低生产成本，缩短中药生产周期，并获得良好的环境效益。此外，还可提高中药的附加值，在中药生产中产生了极大的推动作用。因此，在中药制药中，要立足于实际，推广运用膜分离技术，推动中药制药工业快速发展。 参考文献： [1]苏薇薇，王永刚，刘忠政，李振峰，孙洪贵.现代中药制药生产中的膜分离技术及其装备[J].世界科学技术中医药现代化，2009，06：906-911. [2]樊君，代巨集哲，高续春.膜分离在中药制药中的应用进展[J].膜科学与技术，2011，03：180-184. [3]韩伟，罗文锋，孙晓海.固体膜分离技术在中药制药中的研究进展[J].机电资讯，2012，11：13-16. [4]王艳艳，王团结，彭敏.膜分离技术及其装备在中药制药过程中的应用[J].机电资讯，2013，08：14-19.
隔膜的高技术壁垒在整个动力锂电池原材料中相对较高，核心技术被日本、美国等一些国家的企业垄断，导致我国隔膜生产企业生产的隔膜质量对比国际水平仍存在较大差距。
一是我国锂电池隔膜行业起步较晚，隔膜行业相关技术储备不足。第二，技术壁垒高。为了满足锂离子电池高工作电压、小体积、高能量密度和高放电功率的要求，隔膜材料必须与具有高电化学活性、微孔结构和孔径分布的一致性、合适的厚度、离子渗透性、孔径和孔隙率、足够的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性等的正负材料具有优异的相容性。
锂离子电池的研究进展摘要 介绍了锂离子电池的电化学反应原理、一般特性及电池正极材料、负极材料、电解质材料的研究进展，同时也介绍了目前存在的问题和发展前景。关键词 锂离子电池，研究进展，展望R&D of Li-ion secondary batterySun Chunwen(Department of Applied Chemistry,Tianjin University,300072)Abstract The fundamental principle of electrochemical reaction of Li-ion battery,its general properties and the progress of researches on materials for cathode,anode and electrolyte are introduced in this the same time its existing problems and prospects are also words Li-ion battery,research progress,prospect自从1859年Gaston Plante提出铅酸电池概念以来，化学电源界一直在研制新的高比能量、长循环寿命的二次电池。1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池〔1〕。它是把锂离子嵌入碳中形成负极，取代传统锂电池的金属锂或锂合金作负极。负极材料是石墨和焦炭等碳材料。目前的正极材料主要是LiCoO2，其次是LiNiO2和LiMn2O4。电解质为LiAsF6+PC(碳酸丙烯酯)、LiAsF6+PC+EC(碳酸乙烯酯)及LiPF6+EC+DMC(碳酸二甲酯)。隔膜为PP微孔薄膜、PE微孔薄膜或两者双层。锂离子电池既保持了锂电池高电压、高容量的主要优点，又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域展示了良好的应用前景和潜在的经济效益，是近年来受到广泛关注的研究热点。1 锂离子电池的电化学反应原理及特性这种电池的正负极均采用可供锂离子(Li+)自由嵌脱的活性物质，充电时，Li+从正极逸出，嵌入负极；放电时Li+则从负极脱出，嵌入正极。这种充放电过程，恰似一把摇椅。因此，这种电池又称为摇椅电池(Rocking Chair Batteries)。以LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，充放电反应式为锂离子蓄电池的一般特性〔2〕：(1)体积及质量的能量密度高；(2)单电池的输出电压高，为 V；(3)自放电率小；(4)在60℃左右的高温下也可以使用；(5)不含有毒物质等。2 锂离子电池的研究进展研究锂离子蓄电池的关键技术是采用能在充放电过程嵌入和脱嵌锂离子的正、负极材料及选用合适的电解质材料。 正极材料作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压，应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言，正极材料应满足〔3～7〕：(1)在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；(2)温和的电极过程动力学；(3)高度可逆性；(4)全锂化状态下在空气中稳定性好。目前研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。能作正极活性物质的主要有LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等。最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2，它属于α-FeO2型结构。其合成方法是将Li2CO3和CoCO3按摩尔比Li/Co=1∶1的比例混合，在空气中700℃灼烧而成〔8〕。其可逆性、放电容量、充放电效率、电压的稳定性等性能均很好。因此，目前正极材料主要采用LiCoO2，或在其中再添加Al、In等元素的复合钴酸锂。但是，由于钴材料成本较高，资源缺乏，因此，必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料，如用镍或锰来取代钴，这样电池单价可大大降低。LiNiO2是继LiCoO2后研究较多的层状化合物，一般是用锂盐和镍盐混合在700～850℃经固态反应制备。镍与钴的性质相近，价格比钴低廉。LiNiO2目前的最大容量为150 mAh/g，工作电压范围为～ V，不存在过充电和过放电的限制，Ohzuku〔9〕认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiO2的制备中存在许多问题，所以LiNiO2的实际应用还受到限制。例如，制备三方晶系的LiNiO2时容易产生立方晶系的LiNiO2，特别是当热处理温度大于900℃时，LiNiO2将全部以立方晶系形式存在，而在非水电解质溶液中，立方晶系的LiNiO2无电化学活性。尖晶石型的LiM2O4(M=Mn、Co、V等)中M2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体和八面体共面的三维网络。其典型代表是LiMn2O4。因为在加热过程中易失去氧而产生电化学性能差的缺氧化合物，使高容量的LiMn2O4制备较复杂，现在常用的合成方法有多步加热固态合成法、溶液-凝胶法、沉淀法等。如何克服容量在循环时下降的问题是目前LiMn2O4研究的焦点。因此，尖晶石型特别是掺杂型LiMn2O4的制备及结构与性能的关系仍是今后锂离子电池电极材料研究的方向。 负极材料锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能上的提高仍有很大的空间，而碳材料性能的提高是其中的主要关键。负极碳材料应具备大容量、良好的充放电特性、高度可逆的嵌入反应、热力学稳定以及对电解液稳定的性能。1973年就有人提出以碳作为嵌锂材料，但直到1990年索尼公司以石油焦炭作为负极，才使锂离子电池的研究进入实用化阶段，从而掀起了世界范围的研究热潮。用于锂离子电池的碳材料主要有以下几种，见下表。目前研究的碳负极材料主要有石墨、冶金焦炭、石油焦炭等。其中石墨具有层状结构，因此其层与层之间有可能嵌入原子或原子团，形成碳层间化合物。石墨用作锂离子蓄电池的负极，可用充电的方法在碳层之间嵌入锂离子，用放电的方法脱嵌锂离子。用嵌锂石墨作为负极时，研究的焦点主要有：不可逆容量损失的机理和抑制方法，石墨结构与电化学性能的关系等。石墨的结晶度、微观组织、堆积形式等都影响其嵌锂容量。有研究发现，部分无序排列的存在是石墨嵌锂容量小于理论容量的原因，通过调节热处理温度控制石墨的堆积形式是获得高容量的有效手段。日本本田研究与发展公司利用特殊处理方法解决了锂离子电池比容量低的问题。具体做法是将锂(分子)置于有序石墨板之间，材料经聚亚苯基(PPP)热处理后，再将高度取向的石墨经高压(5 000～6 000 MPa)热解。用该方法得到的石墨作负极，使负极达到了1 116 mAh/g的高比容量〔10〕。1991年日本NEC的Iijima用真空电弧蒸发石墨电极时，发现了具有纳米尺寸的碳多层管状物——纳米碳管。此后，引起了人们广泛的兴趣和深入的研究。纳米碳管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高和界面效应强等特点，其顶端开口填充已用于高效催化载体、吸波材料等。近年来，已把碳管用于锂离子电池中作为负极材料，研究发现它具有高的可逆容量等优异的电极性能。目前，对碳电极材料的研究十分活跃，今后仍是锂离子电池研究的重点。 电解质材料主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料，如LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)+DME(二甲基乙二醇)、PC+DME、PC+DME+EC(碳酸乙烯酯)、EC+DEC(碳酸二乙酯)、LiAsF6/EC+THF(四氢呋喃)等。有些专家认为，LiClO4是强氧化剂，使用很不安全。PC在蓄电池中因反应性强，易进入碳夹层，用于锂离子电池也不可取。LiPF6是适宜的用盐，1～2 mol/L LiPF6/EC+DMC是理想的电解液〔11〕。电解质的稳定性也是当前研究锂离子蓄电池的一个关键技术。另外，提高锂离子电池的容量、电极循环寿命、电池的安全性、减小自放电和实现快充仍是今后锂离子电池研究的关键技术。3 展望近年来锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池，它的研究和开发已取得重大进展。但由于锂离子电池是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等多学科的交叉领域，研制中还存在许多问题。运用传统的电化学研究方法结合现场、非现场的谱学方法等多种检测手段，对锂离子电池体系进行评价、优化设计，将会有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池将是继镍镉、镍氢电池之后，在下世纪相当长一段时间内市场前景最好，发展最快的一种二次电池。参考文献1 Nagaura T,Tozawa Batts Sol Cells,1990(9):209～2172 李春鸿.电池，1996，26(6)：286～2903 Miure K,Yamada A,et Acta,1996,41:249～2564 Gao Y,Dahn J Soc,1996,143:100～1145 Saidi M Y,Barker J,et Acta,1996,41：199～2046 Rougier A,Gravereau P,et Electrochem Soc,1996,143:1168～11757 周恒辉，慈云祥等.化学进展，1998，10(1)：85～948 金属时评(日)，1993(1525)：29 Ohzuku T,Ueda A,et Acta,1993,38:1159～116710 任学佑.电池，1996，26(1)：38～4011 Main Trends in Li-Ion Battery,Techno Japan,1994,27(3):58～60
相对来说已经提高了他们的成本，在这方面也是需要很大的技术基础，在制作的时候也是特别安全的，使用也是更加的长久；我们可以选择凝胶或者是分离的方式去进行隔膜，相对于来说也是比较准确的，性能也是比较好的，可以很好的减少成本。
铀离心机涉及到制造核武器必须的铀浓缩工程，关于这个问题，看以下的资料可能有所帮助： “浓缩”术语的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程，例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。浓缩设施分离铀同位素的目的是提高铀-235相对于铀-238的相对丰度或浓度。这种设施的能力用分离功单位衡量。 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须对其进行浓缩。这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是％，而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的浓度通常约为％。用于武器和舰船推进的丰度通常约为93％。但舰船推进可以只需20％或更低的丰度。鉴于在丰度％至2％之间需要与丰度2％至93％之间同样多的分离功，因此浓缩过程不是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不足一半，而铀的供料量可减少到20％以下。 在适用于提高铀-235浓度的技术中，有7项技术特别重要： 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。 气体动力学分离法——所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。 激光浓缩法——激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。 同位素电磁分离法——同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。 化学分离法——这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。 等离子体分离法——在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离。 迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。所有这7项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，因为它们都能够在一项秘密计划中不惜代价地被用于从天然铀或低浓铀生产高浓铀。但是，由于这些技术的特征不同，因而将影响到其被探知的可能性。
世界上研究和开发海水提铀技术最早的国家是英国，第二次世界大战结束后不久，英国就从事这项工作，先后提出了用离子交换树脂及吸附法从海水中提铀方案，这些都是在实验室内进行的研究。日本在1984年建成了年产10kg铀的海水提铀模拟厂，这是世界上第1个海水提铀工厂。目前，美国、德国、法国等20多个国家，都相继进行海水提铀研究开发工作，提取方法主要有起泡分离法、生物富集法、吸附法。
起泡分离法是将起泡剂加入海水中，再用动力鼓气使海水起泡，起泡的物质与铀发生化学作用，海水中的铀就聚集在气泡上，于是把铀从海水中提取出来了。这种方法铀的提取率达80%～90%，是近几年新发展的方法，目前只限于实验室内使用，而在工程上很难实现。
生物富集法是把经过筛选和专门培养的海藻放在海水中进行富集铀的方法。在海洋中有些藻类富集铀的能力很强，集铀的浓度比海水高1万倍，其含量达150mg/L，接近或超过陆上低品位铀矿的含铀量。日本研究出一种小球藻，其自然繁殖快、富集铀量大、提取成本低，很有发展前途，在工程上是可以实现的。目前，德国也正在筹建中试生产工厂。
吸附法是最有希望的一种方法，吸铀量较高。迄今，已研制出百种吸附剂，经常采用的有水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铝矿石、离子交换树脂等，其中水合氧化钛复合吸附剂是当前国际上海水提铀研究开发中最主要的一种，它每克可吸收500～600μg铀，甚至高达1000μg以上。海水如何通过吸附床，是海水提铀实现工业化生产的关键。
· 二氧化碳的是非功过 二氧化碳是植物光合作用的必备原料，其含量增多，对植物的生长有好处。二氧化碳在大棚蔬菜栽培中可作为化肥来施放，使作物增产。 二氧化碳在潜水、航空中可作为氧气的来源。 液态二氧化碳有广阔的应用前景，把液态二氧化碳作为从某些植物或植物源中提取天然存在的化合物的媒质，不仅不会破坏原料所含的生物活性物质，而且产品中不含残留的媒质，用喷洒液态二氧化碳的方法为飞机场除雾，除雾效率比固态二氧化碳高几百倍。用二氧化碳代替传统的有机溶剂进行喷漆，能有效地减少喷漆过程中释放到大气中的有害物质的数量。 在高科技中，二氧化碳也有它的用武之地，用二氧化碳代替氦氖进行激光治疗，可以减少病人的痛苦，并且节省费用，用二氧化碳萃取蛋黄卵磷脂，经济效益可观。二氧化碳可用来洗衣服，并且不污染环境，而且来源广泛。 二氧化碳增多引起的温室效应，使两极冰川融化，致使海平面升高，危及沿海城市，使海岸地区土地盐碱化，增加开发难度，温度升高还使一些山顶的积雪融化，使以积雪融化为水资源的河流水量减少，甚至发生断流现象，影响这些地区的生产活动。 大气温度的升高，造成海洋中吸收二氧化碳的某些藻类植物 大肆繁殖，致使吸收二氧化碳的浮游藻类死亡，间接地影响渔业的繁殖，并使大气中的二氧化碳的增多走向恶性循环。 综上所述：二氧化碳的增多是好是坏，关键看人类如何利用。只要我们因势利导，化害为益、一定会使二氧化碳成为人类的有用功臣。
徐坤，刘笛，赵佳飞，宋永臣，刘瑜，刘卫国，薛铠华，叶陈诚，朱一铭
徐坤（1987－），男，硕士研究生，主要从事天然气水合物置换开采研究，E-mail:
大连理工大学教育部海洋能源利用与节能重点试验室，辽宁大连116024
摘要：天然气水合物被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，全球深度在2 000 m以内的岩石圈浅部所含的天然气水合物量，相当于现已探明的常规矿物燃料总和的2倍。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，CO2置换法引起了许多研究人员的极大兴趣。本文全面总结了国内外CO2置换开采天然气水合物中CH4的实验研究进展；论述了CO2置换开采天然气水合物的优缺点，强调了CO2乳化液置换的优越性；介绍、分析了气态CO2、液态CO2以及CO2乳化液置换实验的最新进展，并且对3种置换方法进行了对比；介绍了CO2乳化液制备实验的最新进展，并论述分析了CO2气体、液体以及乳化液在置换开采天然气水合物中的关键技术问题。
关键词：天然气水合物；二氧化碳；置换开采；乳化液
Advance in Experimental Research on Replacement of Natural Gas Hydrate with CO2
Xu Kun,Liu Di,Zhao Jiafei,Ssng Yongchen,Liu Yu,Liu Weiguo,Xue Kaihua,Ye Chencheng,Zhu Yiming
Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China
Abstract:Natural gas hydrate(NGH)is regarded as a kind ofnew energy with great commercial exploitation value in the 21th century,the amount of NGH in the lithosphere within 2000m around the world is about twice the total amount of the ascertained fossil a method which combines CO2long-term storageand NGH exploitation,the replacement method with CO2has caused the attention of many researchers around the paper summarizes the experimental research advance on replacement of CH4from the hydrate by use of CO2,discusses the advantages and disadvantages of the method on the natural gas productionfrom hydrate and emphasizes the superiority of latest progresses of CH4replacement experiments with gaseous CO2,liquid CO2and CO2emulsion are introduced and analyzed,and the latest experiment progresses on preparation of CO2emulsion are key technical problems of the replacement methods with differentforms of CO2are demonstrated.
Key words:natural gas hydrate;carbon dioxide;replacement exploitation;emulsion
0 引言
天然气水合物，又称为“可燃冰”，广泛存在于永久冻土地带和深海底层，被认为是21世纪最具有商业开采价值的新能源，具有巨大的资源储量[1]。目前，天然气水合物开采的主要方法有热激发法、减压法和化学试剂法[2]。这些方法都是通过破坏水合物在原位条件下的相平衡，达到分解开采的目的。然而，在考虑各种开采方法的技术和经济特征的同时，还应该认识到，天然气水合物作为赋存区地层的构成部分，在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用；而上述方法在开采天然气水合物过程中，将其分解成气体和水，可能会造成地质失稳，从而引起地质灾害[3]。与此同时，由于人类社会生产的快速发展，温室气体的大量排放已经成为人类必须面临的重大环境问题，CO2封存被认为是减少CO2排向大气，减轻全球温室效应的有效手段。
基于以上两点，研究人员提出了使用CO2置换天然气水合物中的CH4的设想[4]。作为一种集温室气体CO2长期储存和天然气开采于一体的方法，该方法不仅可以避免常规开采方法的一些诸如降压法热量来源无法解决、加热分解法热量利用率低、加入抑制剂法成本高且易对地层产生伤害等缺点；还提供了一种长期储存温室气体CO2和在开采天然气过程中稳定海底地层的方法[5]，为减少地球表面的温室气体排放提供了一条有效途径。
虽然CO2置换法被认为是一种前景广阔的天然气水合物开采方法，但是该方法存在着置换速率缓慢的缺陷。根据Masa Ki Ota[6]使用气态CO2，在压力为 MPa，温度从 K变化至 K的条件下进行置换实验得到的数据可以得知，置换速率在反应进行大约10 h之后变得相当缓慢，若不能提高置换反应的速率，该技术将不具备实际的应用价值。
1 置换反应可行性研究
图1是Sloan[7]绘制的关于CH4、CO2及其水合物的典型相平衡曲线图，温度选择在天然气水合物在天然沉积物中的形成条件——273 K附近。图1中的A、B区域在冰（水）－水合物－气态CO2（液态CO2）相平衡线之上，冰（水）－水合物－气态CH4相平衡线之下，表明这个区域可以同时存在着气态CH4和CO2水合物，这个区域的存在证明了使用CO2气体置换天然气水合物的可能性。
图1 CH4-CO2-H2O相平衡图（据文献[7]）
CH4-CO2-H2O体系相平衡实验及理论计算表明，在温度低于283 K时，相同温度下CH4水合物的生成压力大于CO2水合物的生成压力。所以在理论上，将CO2注入地下水合物储层后，CH4水合物会转化为更稳定的CO2水合物，同时释放出CH4气体[8]。在此过程中，CO2水合物的生成和天然气水合物的分解同时进行，Masa Ki Ota[6]的实验数据表明，实验过程中CO2水合物形成放出的热量（ k J/mol）远大于CH4水合物分解所吸收的热量（ k J/mol），这样不仅在反应过程中自行提供了CH4水合物分解过程所需要的热量，解决了热源问题，还避免了水合物分解过程中的自保护作用，对于天然气水合物分解起到了促进作用[9]。根据化学热力学基本理论，自发化学反应总是向着Gibbs自由能减小的方向进行。如Masa Ki Ota[10]所述，在温度范围为～ K、压力为 MPa的条件下，CO2置换CH4反应的Gibbs自由能为负值，置换反应将会自发进行。对于置换过程的推动力，Masa Ki Ota[10]则认为是该过程中气相和水合物相的逸度差。
从微观上看，CO2和CH4水合物都属于Ⅰ型结构水合物[11],CH4水合物有6个中穴和2个小穴， CO2分子的体积比CH4大，其大小介于CH4水合物的中穴和小穴之间[12]，因此置换CH4水合物理论上的最高置换效率只能达到75%[13]。Uchida[8]等结合实验现象认为，CO2与CH4水合物的置换反应分2个主要步骤：1)CH4水合物分解，释放出的CH4气体离开固相进入CO2相中；2）重新形成气体水合物，CH4分子由于记忆效应很快占领各晶胞小穴，CO2分子进入部分晶胞中穴。置换过程中2种客体分子的置换过程可用图2表示。
图2 置换过程中两种晶穴的变化图（据文献[14])
2 实验研究
气态CO2置换开采天然气水合物
图3为Masa Ki Ota等[6]使用高压气态CO2置换CH4的实验装置示意图。Ota进行了3组实验，实验时反应釜内压力为 MPa，恒温系统的温度分别设定为 K、 K和 K，具体实验步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，然后通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，通入高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，应用拉曼光谱来测试排出的气体，确认CH4被清除干净，之后继续通入CO2气体将反应釜内加压到预定值；3）将恒温系统设定为实验要求的温度，再将反应釜置于恒温系统中，反应开始后，在反应过程中每隔一段时间取出少量气体样本，应用拉曼光谱仪进行分析，计算出不同时刻反应釜内两种气体的摩尔量，从而计算出CH4气体的置换量和置换速率。
图3 CO2置换CH4装置示意图（据文献[6])
气罐； 2.冷却装置；气囊；气囊；5.带恒温系统的反应釜；6.可视窗；7.搅拌器； 8.减压阀；气罐；10.热电偶；11.压力表；12.背压阀；13.拉曼光谱仪；14.集气瓶
图4是Masa Ki Ota实验得到的CH4水合物分解量和CO2水合物生成量随时间的变化曲线图，分析3组实验数据，可以得出以下结论：1）在压力恒定的情况下，适当提高反应温度，有利于置换反应的进行；2)CH4水合物的分解量和CO2水合物生成量基本一致，从而证明了置换反应是一个CO2分子占据CH4分子所在晶穴的过程；3）在反应初始阶段置换速率较大，但是在反应进行了大约10 h之后，置换速率出现明显的下降。
图4 CH4水合物分解量和CO2水合物生成量变化曲线图（据文献[6]）
李遵照[4]等通过实验证明，气态CO2置换天然气水合物时，温度和压力对于置换速率影响较大，较高的温度和压力能够对反应起到促进作用。此外，当实验的温度达到冰点以上，CH4水合物的分解速率明显提升。
液态CO2置换开采天然气水合物
MasaKi Ota等[14]使用饱和液态CO2也进行了CO2置换天然气水合物中CH4的实验，实验装置同图4相比，多了一个CO/液化装置。该实验的具体步骤如下：1）将一定量的去离子水加入到反应釜中，再通入CH4气体，在一定的温度压力条件下，通过搅拌器的高速搅拌作用，生成CH4水合物；2）当反应釜内的压力不再变化时，可以认为CH4水合物已经饱和，静置一段时间之后，利用高压CO2气体将反应釜中剩余的CH4气体驱除干净，通过拉曼光谱仪测试排出的气体来确认反应釜内没有CH4，之后继续通入CO2气体将反应釜加压到预定值，然后往反应釜内加入饱和液态CO2; 3）当反应釜内充满液态CO2时，将反应釜放入温度设定为实验要求值的恒温系统中，置换反应开始进行。在反应开始之后每隔一段时间用拉曼光谱仪检测水合物中CO2水合物和CH4水合物的组成以及水合物中小穴和中穴中的分子类型。
图5是该置换反应过程中CH4水合物和CO2水合物占全部水合物百分率的变化曲线图。从图中可以看出，CH4水合物的减少量与CO2水合物的增加量基本一致，证实了液态CO2置换CH4的可行性，同时说明了置换过程是一个CO2分子占据晶穴中CH4分子的过程。图6是反应过程中CH4分子在水合物、中穴以及小穴中所占比例的变换曲线图。从图中可以看出，中穴中的CH4分子减少速度比小穴中的CH4分子快得多，而且CH4分子在总的水合物中所占的比例与其在中穴中所占的比例变化大致相等，从而证明了置换反应只发生在CH4水合物的中穴中。
图5 CH4、CO2水合物百分比变化曲线图（据文献[14]）
图6 CH4分子在水合物、小穴和中穴中的比例变化曲线图（据文献[14]）
CO2乳化液置换开采天然气水合物
对于CO2置换CH4反应速率在反应一段时间之后置换速率下降的原因，Ji-Ho Yoon等[15]认为：在开始阶段，CO2分子与CH4水合物有较大的接触面积，置换速率较大。随着反应的进行，在CH4水合物上面形成的CO2水合物层起了屏蔽作用，阻碍了CH4水合物的继续分解，导致了置换速率的下降直至停止。
为提高置换反应速率，Mc Grail等[16]提出了一种强化气体水合物回收法（enhanced gas hydrate recovery，简称EGHR）。该方法的要点是，首先通过一定的方法制成以液态CO2为分散相、水为连续相的乳化液，然后在一定的压力下，将乳化液注入事先在沙层中形成的CH4水合物层，使之与水合物接触，置换出水合物中的CH4。Mc Grail等认为这样做，可以充分利用H2O-CO2混合物体系的物理和热力学性质，结合多孔介质中受控多相流、热量和质量传递过程的优点，使置换反应得到强化。
虽然CO2乳化液置换被认为是一种较好的置换方式，但是CO2乳化液的制备技术还不是很成熟。Varun Ka等[17]在制备CO2乳化液时应用了一种新型乳化剂TMN-6（异构醇乙氧基化物表面活性剂），制得了以CO2为分散相、水为连续相的乳化液（C/W 型乳化液），其中CO2占90％，在温度低于318 K的条件下，随着压力的升高，乳化液的稳定性也随之增强。
图7 CO2乳化液制备装置示意图（据文献[18])
气罐；2.柱塞泵；乳化装置；4.储液瓶；5.带搅拌器的可视反应釜；6.压力表；7.电脑；8.数据采集系统
图7是Xitang Zhou等[18]制备CO2乳化液装置的示意图，制备的步骤主要包括：①将一定量的去离子水、TMN-6乳化剂以及CO2气体通入反应釜中；②通过乳化装置将CO2气体乳化后储存在储液瓶中通过柱塞泵对液体进行加压，当压力达到要求值（30 MPa）后，将液态CO2加入到反应釜中；③将反应釜放入恒温系统中，设定好温度之后，启动搅拌器，生成CO2乳化液。
Xitang Zhou等[18]进行了CO2乳化液置换CH4的实验，该实验的装置和步骤与液态CO2置换CHq相同，只需要将实验过程中通入反应釜的液态CO2换成CO2乳化液即可。在做该实验之前， Zhou等先进行了液态CO2置换CH4的实验，以便与CO2乳化液置换进行对比；并将在 MPa的压力和的温度条件下，使用液态CO2进行置换实验得到的实验数据与2005年Masa Ki Ota等[14]在相同条件下的实验得到的数据进行对比，得到图8。从图中可以看出2次实验的置换效率基本一致，从而可以确保之后Zhou等使用CO2乳化液进行置换实验得到的数据同Masa Ki Ota的实验同样具有可比性。
图8 液态CO2置换效率对比图（据文献[18])
Zhou等进行了3组CO2乳化液置换实验，每次实验的温度压力等条件一致，只改变乳化液的C/W比例，3次实验的C/W质量比分别为9/1、7/3、5/5。图9是这3组实验与液态CO2置换反应的置换效率对比图。从图中可以看出，CO2乳化液的置换效率比液态CO2要高，并且在3种比例的CO2乳化液中，C/W质量比为9/1的乳化液置换效率最高，在同样的反应条件下大概达到了液态CO2的倍，置换速率更是达到了后者的5～7倍。
图9 CO2乳化液和液态CO2置换CH4效率对比图（据文献[18]）
此外，为了证实CO2乳化液的优越性，Xitang Zhou等[19]还比较了气态CO2和CO2乳化液的置换效率。在3种不同的实验条件下，Zhou等在相同的实验条件下分别使用CO2乳化液和气态CO2进行了置换实验，得到了置换出来的CH4气体摩尔量的变化曲线图，如图10所示。图10左边的曲线图表示的是气态CO2置换实验数据，右边的曲线表示的是CO2乳化液置换实验数据。从图10中可以看出：1）使用CO2乳化液进行置换所得到的CH4气体摩尔量明显高于使用CO2气体时的情况；2)CO2气体置换反应在10 h之后置换速率大幅下降，并且反应在进行50 h之后，置换反应基本上就停止了，而使用CO2乳化液进行置换，反应进行50 h之后速率都不会出现大幅下降的现象，并且反应时间可以持续超过100 h。这是由于在气态CO2置换反应中，CO2分子只能与CH4水合物的表面接触发生反应，随着反应的进行，生成的CO：水合物会起到屏蔽作用，阻碍了反应的继续进行；而CO2乳化液具有更好的传导率和扩散性，增加了反应面积，在置换反应中起到了强化作用，提高了置换的反应速率，同时乳化液的热可以使热源增强，从而使置换反应得到进一步强化，从而延长了反应的有效时间。实际开采中，在压力差的作用下，大部分的乳化液会扩散到所有方向，使用乳化液将有利于H2O-CO2系统在物理上和热力学上的混合，同时也有利于在多孔介质中控制多相热流和大块水合物的转变，从而证明了Mc Grail强化置换的设想是可行的。
张伟等[20]指出，CO2乳化液置换天然气水合物的置换的动力学有待进一步研究，乳化剂的含量和种类、CO2与水的比例以及CO2分散相的粒度等对置换速率的影响都是今后此方法研究的热点。在实际开采中，还将考虑多孔渗水介质的存在、储层CH4的富集情况、CO2乳化液的泵送等问题。
图10 气态CO2与CO2乳化液置换CH4摩尔量变化曲线图（据文献[19]）
3 结论
通过对国内外CO2置换天然气水合物中CH4实验的分析总结，可以得出以下结论：
1）使用CO2置换天然气水合物中CH4是可行的，置换反应实质上是CO2分子取代CH4分子占据CH4水合物中穴的过程，但是置换反应也存在着置换速率慢、置换效率低的问题。
2)CO2乳化液同气态CO2和液态CO2相比，具有更好的置换效果，CO2乳化液不但置换CH4气体的速度快，而且持续时间长，为天然气水合物的商业开采提供了一条新的思路。
3)CO2气体置换开采天然气水合物的成本较低，但是其置换效率低、置换速度慢的问题必须得到解决，如果将其应用于实际开采中，就必须解决实际开采天然气水合物过程中如何提高水合物层的温度和压力，以促进反应的进行这一关键技术问题。
4)CO2液化技术与CO2乳化液技术相结合，应用于天然气水合物置换开采，与气态CO2相比具有很大的优势，但是目前CO2乳化液的制备技术还不是很成熟，要想将CO2乳化液应用于实际开采中，关键在于对乳化剂种类、CO2和水的比例、乳化液制备过程中压力温度等条件的选择，得到稳定存在并且能够应用于实际置换开采的低成本乳化液。
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背景介绍
在过去的十年中，电催化CO2还原反应 (CO2RR) 与H2O生成C2+化合物已成为热门研究领域。原因主要有三个：一是太阳能、风能等可再生能源发电，可再生电力成本不断降低。可再生电力和电催化CO2RR的结合将有助于建立碳中和过程。其次，对高能分子的电催化CO2RR能够以化学能的形式储存电能。第三，最近的研究表明，电催化CO2RR可以实现C2+烯烃和含氧化合物的高选择性。同样令人感兴趣的是，电催化的C-C偶联可能通过与热催化氢化不同的机制进行，这为控制C-C偶联和产物选择性提供了新的机会。
除了电催化CO2RR外，电催化CO还原反应 (CORR) 生成C2+化合物近年来也备受关注。这不仅是因为CO是一种丰富且廉价的碳原料，可以从各种资源中生产，例如天然气/页岩气、煤炭和生物质，而且还因为可以构建通过CO将CO2 转化为C2+化合物的间接途径。间接途径包括两个步骤，即技术上成熟的电催化 CO2RR到CO，然后是电催化CORR到C2+化合物。如果可以开发出具有高选择性、活性和稳定性的电催化CORR的高效催化剂，则间接途径将是有希望的。
已经发表了多篇关于直接电催化CO2RR的优秀评论文章。然而，到目前为止，关于电催化CORR的评论文章很少。由于CO通常被认为是电催化CO2RR到 C2+化合物的关键反应中间体，因此电催化CO2RR和CORR之间肯定存在相似之处。然而，CO2RR和CORR之间的差异也是已知的。例如，在电催化CO2RR 中，C2H4的选择性通常高于Cu催化剂中的C2+含氧物（主要是C2H5OH），而在许多文献中，C2+含氧物是电催化CORR中的主要C2+产物。
本文回顾重点介绍了在铜基催化剂上电催化CO2RR和CORR转化为C2+化合物（包括 C2H4、C2H5OH、CH3COO 和 n-C3H7OH）的异同。首先，我们将介绍CO2 和CO电催化还原的基本知识，包括阴极和阳极反应、电催化反应器和关键性能参数。接下来，将讨论反应机制，特别是C-C耦联机制。此外，将强调为这两条路线开发高效催化剂和系统的进展。我们将分析决定电催化CO2RR和CORR的选择性、活性和稳定性的关键因素（主要包括催化剂、反应器配置和反应条件）。最后，我们将重点介绍这个蓬勃发展的研究领域的机遇、挑战和可能的未来发展趋势。
图文解读
图1 CO2RR直接途径和间接途径
表1 电催化平衡电势
图2 三种反应器
图3 关键性能参数
图4 C-C耦联机制
图5 C-C耦联后生成C2H4和C2H5OH的机制
图6 双金属铜基催化剂原理
原文链接： Electrocatalytic reduction of CO2 and CO to multi-carbon compounds over Cu-based catalysts