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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
高岭土对煤生物产气的影响及微生物群落响应
  • 作者

    何环黄新颖黄再兴张倩陈子豪赵晗任恒星黄冠华

  • 单位

    中国矿业大学化工学院煤炭加工与清洁利用教育部重点实验室煤与煤层气共采国家重点实验室

  • 摘要

    高岭土是自然界较常见的无机矿物,对微生物的生长代谢有促进作用,煤中赋存大量高岭土,而有关其对煤生物产气影响的报道确较少。为探究高岭土对煤生物产气的影响,以陕西榆林煤为研究对象,以驯化的微生物作为产气菌群,通过在培养基中添加不同质量分数的高岭土进行煤生物模拟产气,利用气相色谱仪、酶标仪、傅里叶红外光谱仪、Illumina高通量测序平台,研究CH4产量、总挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids, VFAs)浓度、辅酶F420含量、产气前后煤的有机官能团和微生物群落结构的变化。结果表明:高岭土的添加影响生物产气过程,0~8.0%高岭土添加量可明显分为2个区间,0~1.0%和2.0%~8.0%,产甲烷量、累积产甲烷量和F420在2个区间内呈先升后降趋势,而乙酸和VFAs浓度变化趋势相反;模拟生物产气50 d后,添加高岭土实验组(0.5%)每克煤累积产甲烷量最高可达216μmol,较空白组提高55.4%;同时,添加高岭土可以提高辅酶F420的含量,最高可达48.93 ng/L,也有助于煤中的醇、酚—OH、—NH—和—NH2被微生物利用。高岭土对煤生物产气体系中细菌种群结构的影响规律不明显,仅Firmicutes(厚壁菌门)在0~1.0%和2.0%~8.0%添加区间呈现先增后减的变化趋势;相比之下,高岭土的添加对古菌丰度变化影响较明显,体系中的古菌主要是Euryarchaeota(广古菌门),其中,Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)和Methanobacterium(甲烷杆菌属)是古菌中丰度最高的种属,Euryarchaeota和Methanosarcina丰度在0~1.0%和2.0%~8.0%区间内与甲烷累积产量变化、F420变化趋势一致,Methanobacterium却和VFAs变化趋势一致。由此得出,高岭土的添加会影响榆林煤的生物产气,其产甲烷量、VFAs、F420酶活性、微生物群落结构和煤中有机官能团组成均会发生变化,这为后续研究煤中无机矿物对煤的生物产气的影响提供参考。

  • 关键词

    生物气高岭土微生物群落结构VFAs

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金项目(42172187);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2017XKQY037);
  • 文章目录

    1 材料与实验方法
    1.1 微生物、煤与高岭土
    1.2 生物模拟产气实验
    1.3 参数分析方法
    1) CH4含量
    2) VFAs含量
    3)辅酶F420含量
    4)煤的有机官能团
    5)微生物群落结构
    2 实验结果与分析
    2.1 CH4产量
    2.2 VFAs质量浓度
    2.3 辅酶F420质量浓度
    2.4 有机官能团
    2.5 微生物群落组成的变化
    1)多样性指数
    2)细菌群落组成
    3)古菌群落组成
    3结论

  • 引用格式
    何环,黄新颖,黄再兴,张倩,陈子豪,赵晗,任恒星,黄冠华.高岭土对煤生物产气的影响及微生物群落响应[J].煤田地质与勘探,2022,50(06):1-10.
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