Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp Vi sinh pot

Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA HÓA














TIỂU LUẬN
CÔNG NGHỆ SINH HỌC









KHỬ CÁC HỢP CHẤT VÒNG THƠM TRONG DẦU MỎ
THEO PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Giáo viên hướng dẫn : TS. Đỗ Biên Cương

Sinh viên thực hiện : Huỳnh Đức Kỳ
Lớp : Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn






Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
I. GIỚI THIỆU
Tổng quan này bàn về các tiềm năng để nâng cấp sinh học để cải thiện
chất lượng của dầu thô và nhiên liệu lỏng, sử dụng chất xúc tác sinh học để
nhằm làm giảm và dần loại bỏ hợp chất thơm trong dầu mỏ trong quá trình chế
biến dầu. Chất xúc tác sinh học ta có thể sử dụng đó là vi khuẩn hiếu khí, vi
khuần hiện này đang được thử nghiệm để khử vòng thơm trong dầu mỏ và
nhiên liệu.Bằng xúc tác sinh học và phỏng đoán về việc áp dụng các hoạt tính
sinh học của chúng để nâng cấp dầu khí gọi là chế biến sinh học

*Vấn đề đặt ra bởi các hợp chất thơm trong dầu thô và nhiên liệu
Hydrocacbon thơm và những hợp chất dị vòng ảnh hưởng xấu đến nhiều
giai đoạn trong sản xuất, xử lý, và chế biến dầu khí. Sự đồng nhất về tính chất
của hydrocarbon thơm và những hợp chất dị vòng xảy ra trong các tỷ lệ khác
nhau trong các loại dầu thô và các sản phẩm tinh chế từ dầu,và tùy thuộc vào
nguồn dầu và quá trình tinh chế. Các hợp chất thơm ảnh hưởng đến tính bền và
có độc tính khi dầu bị tràn ra môi trường và có các đặc điểm quan trong đó là
quá trình đốt cháy nghèo ở động cơ diesel, như chỉ số cetane thấp và vấn đề tạo
nhiều bụi cơ học gây mài mòn cho động cơ trong quá trình làm việc. Trong quá
trình lọc dầu, các hợp chất dị vòng của nitơ (nitrogen những hợp chất dị vòng)
ví dụ như carbazoles …chúng gây mất hoạt tính các chất xúc tác, ảnh hưởng tới
xúc tác hydrodesulfurization và làm giảm đi lượng lớn của H
2
. Đồng thời, quá
trình đốt cháy các nhiên liệu có chứa hợp chất dị vòng của S và N sinh ra SO
x
,
NO
x
gây mưa axit. Hiệu quả và chi phí hợp lý để xử lý, chuyển đổi các
hydrocacbon thơm và các các hợp chất dị vòng trong các loại dầu thô và nhiên
liệu đó là vấn đề cần quan tâm đến trong ngành công nghiệp lọc dầu.
Trong quá trình tinh lọc dầu thông thường, sử dụng quá trình hydro hóa
ở áp suất cao và chất xúc tác hóa học để làm no và bẻ gãy các hợp chất có cấu
trúc vòng. Công nghệ nhiệt hóa này có một số vấn đề bao gồm cả động học
phản ứng không thuận lợi, tiêu thụ nhiều năng lượng nhiệt và khí tiêu tốn nhiều
khí hydro, và sản xuất ra được ít các sản phẩm như mong muốn như các loại
hydrocarbon ở thể khí. Các sản phẩm cycloalkane đốt cháy tốt hơn so với các
chất thơm, nhưng chất lượng nhiệt cháy của nó vẫn còn thấp so với các hợp
chất alkane mạch thẳng

II. QUÁ TRÌNH KHỬ VÒNG THƠM BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC:
1. Quá trình oxy hóa sinh học các hợp chất thơm
Ngược với xúc tác hóa học, phản ứng sinh học (qua enzyme trung gian)
thì thường với chất nền cụ thể và xảy ra ở nhiệt độ gần với nhiệt độ môi trường
xung quanh mà không cần phải tiêu tốn hydro và không cần ở áp xuất cao. Tuy
nhiên, yêu cầu cần có nước cho sự hoạt động, cần hỗn hợp phản ứng hai pha
gồm dầu và những hạt nươc nhỏ lơ lững của các tế bào vi khuẩn.
Trong ứng dụng được đề xuất, một quá trình gồm hai giai đoạn của quá
trình bẻ gãy vòng thơm bằng sinh học (Biological Aromatic Ring Cleavage
(BioARC)) thì đã được hình dung: giai đoạn đầu tiên là mở vòng các hợp chất
thơm bằng các phản ứng oxy hóa bởi enzyme được sinh trưởng trước trong
toàn bộ tế bào của chất xúc tác sinh học. Theo phương pháp này hai dòng sản
phẩm, một dòng sản phẩm chính khi xử lý dầu theo BioARC có làm giảm tính
thơm, và dòng sản phẩm thứ cấp là phân đoạn các sản phẩm vòng thơm phân
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
cực tan trong nước (ví dụ hình thành các hợp chất như: 2-hydroxy-2H-
benzo[h]chromeene-2-carboxylic acid có cấu tạo và, trans-4-(1-
hydroxynaph-2-yl)—oxybut-3-enoic acid có cấu tạo ) sẽ được thu
hồi bằng cách chiết xuất bằng dung môi hay thẩm thấu ngược. Trong giai đoạn
hai, sự hydro hóa chất hóa học của vòng thơm có cực thì tách được các sản
phẩm trong điều kiện êm dịu hơn so với quá trình thông thường sẽ có năng suất
thu các chất alkyl-thơm có đặc điểm đốt cháy thuận lợi hơn so với các hợp chất
gốc hoặc các sản phẩm cycloalkane thu được theo cách chế biến với xúc tác
thông thường.
Tiềm năng bên cạnh lợi ích quá trình này đó là rất nhạy với các hợp chất
dị vòng của S- và N- (S- and N- những hợp chất dị vòng) để khử lưu huỳnh và
nitơ sau đó, mặc dù hiện nay nó chưa có được thử nghiệm để hỗ trợ dự đoán
này.
Một quá trình thứ hai được mô tả trong Bằng sáng chế Mỹ # 6.156.946

[6] là dung phương pháp sinh học để kích hoạt các hợp chất thơm (biological
activation of aromatics) bằng cách sử dụng tế bào của chất xúc tác sinh học để
hydro hóa chất thơm và chất nền dị vòng trong chất hóa dầu, hình thành các
hợp chất như Cis-3,4dihydroxy-3,4-dihydrophenanthrene có cấu tạo
và 3,4-hydroxyphenanthrene có cấu tạo ), tiếp theo là các chất do sự
hydro hóa và hydro phân các hợp chất có nước tạo ra alkylaromatics theo chu
kỳ. Các sản phẩm khi hydro hóa thì dể dàng để chia tách bằng nhiệt hóa hơn so
với các hợp chất gốc. Đây là bản chất của quá trình kích hoạt chất thơm
(aromatic activation) trong đó các nền thì nhạy để hydro hóa tiếp theo hoặc để
mở vòng.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Một số loài nitơ hữu cơ được tìm thấy trong dầu thô thì cần phải được
loại bỏ trong quá trình lọc dầu bởi vì chúng tạo thành nitơ oxit trong nhiên liệu
khi đốt cháy nhiên liệu. Các carbazol đặc biệt có khả năng kháng lại,và loại bỏ
xúc tác hydro hóa, nitro hóa thông thường kết hợp với xúc tác hydro đề sulfur
hóa, góp phần vào sự ăn mòn kim loại trong nhà máy lọc dầu, và làm ngộ độc
chất xúc tác trong nhà máy lọc dầu. Nghiên cứu đã tìm ra nitro hóa sinh học
(biological denitrogenation), và trọng tâm là hợp chất carbazole nó được xem
như là hợp chất mẫu bởi vì nó có nhiều chủng loại nhất và nó làm cản trở quá
trình xử lý hydro (hydrotreatment). Một lý thuyết để nghiên cứu
denitrogenation sinh học là nghiên cứu dioxygenation có góc cạnh của
carbazole, tách hợp chất dị vòng (heterocycle) để thu amin thơm với các gốc
bên canh (ví dụ, các hợp chất như:III, 2'-aminobiphenyl-2,3-diol có cấu tạo
và IV: 2-hydroxy-6-oxo-6-(2'aminophenyl)-hexa-2,4-dienoic acid
có cấu tạo ).
Tùy thuộc vào mức độ trao đổi chất xảy ra, sản phẩm đó phân cực đủ mạnh để

có khả năng tách nước từ dầu, do đó làm giảm được lượng nitơ, và tạo ra một
dòng chất chuyển hóa để cho quá trình xử lý riêng, hoặc vẫn tác dụng với pha
dầu thì còn tùy thuộc vào sự hydro hóa như là một ít vấn đề khó giải quyết của
nguyên liệu. Giải quyết tất cả các giả thiết này thì gần như phục hồi lại được
hoàn toàn cấu trúc mạch carbon mà không mất CO2 hoặc sinh khối. Điều này
có thể đạt được bằng cách sử dụng một chất xúc tác sinh học sinh trưởng trước
(a pre-grown biocatalyst) với một chuổi phản ứng cắt ngắn bởi enzyme để tế
bào của chất xúc tác sinh học không sử dụng hydrocarbon trong dầu mỏ để tạo
sinh khối hoặc ôxy hóa để tạo CO2.
Quá trình chế biến bằng phương pháp sinh học (Bio-processing) các
thành phần thơm của dầu khí có thể là một khả thi để hỗ trợ cho quá trình, chứ
không phải đó là một quá trình để thay thế cho quá trình nâng cấp thông
thường. Đó có thể là một số ứng dụng xử lý bằng sinh học phù hợp để sử dụng
lấy lại dầu trong mỏ và khi nó đã được tiếp xúc trực tiếp với nước, hoặc áp
dụng tại các nhà máy lọc dầu ở trong các bồn bể chứa ở thời gian càng dài càng
tốt miễn là lượng vật liệu cần đưa nhanh chóng vào quá trình thì không phải là
một yêu cầu. Nó sẽ sản xuất ra nhiên liệu có giá trị cao hơn từ dầu thô hoặc làm
giảm thành phần thơm trung gian của sản phẩm chưng cất tại môi trường khử
xung quanh chi phí bằng cách giảm chi phí năng lượng trên mỗi mét khối
nguyên liệu. Hơn nữa nó có thể cũng mang lại các sản phẩm với hàm lượng
nitơ, hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn bằng cách làm cho những hợp chất dị vòng
nhạy hơn để cho quá trình hydro hóa tiếp theo. Những cải tiến này sẽ làm giảm
sự đóng góp của quá trình chế biến và đốt cháy nhiên liệu dẫn đến phát thải khí
gây hiệu ứng nhà kính và gây mưa axit, và có thể khả thi về mặt kinh tế nếu áp
dụng một cách thích hợp.



Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

2. Chất nền cho xử lý sinh học chất thơm:
a) Hydrocacbon thơm và hợp chất dị vòng (Aromatic hydrocarbons and
những hợp chất dị vòng)
Dầu thô và hầu hết các sản phẩm tinh chế có chứa hỗn hợp phức tạp của
hydrocarbon thơm và hợp chất dị vòng (những hợp chất dị vòng). Chất thơm
không thể thay thế bao gồm benzen, naphthalene và phenanthrene, đại diện cho
các mono-aromatic, di-aromatics, tri và polyaromatic (gọi tắt là PAH) tương
ứng, cũng như PAH có khối lượng phân tử cao hơn. Dãy đồng đẳng của gốc
alkyl thay thế chất thơm cũng có mặt, chẳng hạn như toluene và các chất đồng
phân của xylen, methyl- và ethylnaphthalenes. Những chất thay thế hợp chất dị
vòng của N-, S- và O- thì được đại diện tiêu biểu bởi carbazole,
dibenzothiophene và dibenzofuran, và bao gồm chất khác, và cũng xuất hiện
trong họ các chất đồng đẳng của ankyl

Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Hình 2. Classical angular attack on carbazole showing main pathway (adapted
from Ref. [11])
and some minor products [12]. Compounds: I, carbazole; II, postulated
intermediate; III, 2'-
aminobiphenyl-2,3-diol; IV, 2-hydroxy-6-oxo-6-(2'aminophenyl)-hexa-2,4-
dienoic acid; V,
2-hydroxypenta-2,4-dienoic acid; VI, anthranilic acid. Other metabolites
selected from Ref.

Hiện nay, chế biến sinh học hợp chất thơm thì tập trung vào các chất
đồng đẳng hai và ba vòng trong dầu thô và nhiên liệu chưng cất trung gian. Các
monoaromatics có thể làm rõ được vấn đề nhiễm độc nặng cho các tế bào của
chất xúc tác sinh học ở nồng độ khá thấp [13]. Mặc khác, các chất thơm lớn
hơn ba vòng gắn với nhau thì làm cản trở quá trình xử lý bằng sinh học và vì

thế các chất nền không thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học. Về mặt hóa học
với mục đích thu được là các chất thơm hay và ba vòng (di- and tricyclic
aromatics) thì đó là kết quả của quá trình xử lý hydro thông thường các
cycloalkane, mà quá trình này thì làm giảm giá trị nhiên liệu so với alkan mạch
thẳng; mở một hay nhiều vòng thơm để sản xuất các nhóm alkyl mạch nhánh
để nâng cao giá trị nhiên liệu của các sản phẩm.
Các hợp chất dị vòng của akyl thay thế (alkyl-substituted homologues) biểu
hiện nhạy nhất với quá trình oxy hóa sinh học, với những quy luật chung thì
làm tăng khối lượng phân tử và sự thay thế làm giảm tính nhạy với với phản
ứng sinh học. Một chất xúc tác sinh học phải mở được hợp nhiều vòng hay tất
cả các vòng của các chất thơm thay thế và ngoài ra phải không thay thế hợp
chất gốc, nhưng không làm ôxy hóa các hydrocarbon cần thiết trong nguyên
liệu như các alkan.
b) Những nguyên liệu thích hợp:
Một nguyên liệu lý tưởng để chế biến sinh học thơm có độ nhớt thấp,
hàm lượng các di- và tri-cyclic aromatic hydrocarbons phải cao với alkyl thay
thế thấp. Qua thực nghiệm, điều này đã được đạt bằng cách chuẩn bị các mẫu
dầu làm mẫu (model oils) bao gồm các chất nền tinh khiết (pure substrates)
(chẳng hạn như phenanthrene và dibenzothiophene) hòa tan trong một chất
mang béo như n-hexadecane, heptamethylnonane hoặc khoáng dầu nhẹ, hoặc
bằng cách hòa tan các hợp chất mẫu trong các nguyên liệu thực như các sản
phẩm chưng cất trung gian của dầu thô [20]. Tuy nhiên, những nguyên liệu
thực thì không lý tưởng cho quá trình chế biến sinh học do các yếu tố bao gồm
độ nhớt, khối lượng phân tử trung bình và mức độ alkyl và các nguyên tử thay
thế khác.Việc xác định độ nhớt động học của các loại dầu gốc béo có chứa chất
thơm nặng và phân cực, và phát hiện ra khả năng phân huỷ sinh học có lien
quan chặt chẽ đến làm lượng PAH và làm giảm hoặc tăng độ nhớt động học
(với độ nhớt động học bằng độ nhớt động lực của một chất lỏng chia cho mật
độ của nó). Xử lý sinh học chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng theo cách tương tự.
Ngược lại, độ nhớt của nguyên liệu thấp khi có một hàm lượng cao của các

hydrocarbon có khối lượng phân tử thấp, chẳng hạn như n-alkan < n-C6 và các
monoaromatic như benzen và toluen, có thể làm ngộ độc chất xúc tác sinhhọc.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, Kotlar et al. [22] thử nghiệm hai
xúc tác sinh học với 50% nguồn vật liệu cung cấp của khí dầu nhẹ và xách định
được không làm ngộ độc. Ngược lại, Wu et al. [19] lưu ý sự ngộ độc hoặc hoặc
sự kìm hãm ảnh hưởng từ một số sản phẩm chưng cất và một thiết bị cốc hóa
khí nhẹ. Sự kìm hãm này liên quan đến phần thơm của sản phẩm chưng cất và
có thể giảm bớt phần nào khi pha loãng với chất mang béo heptamethylnonane.
Sự giảm trong khi mở vòng các hợp chất mẫu thì cũng được biết đến nhiều với
hai loại dầu thô so với chất mang béo không gây ngộ độc [20]. Vì vậy, có thể
dự đoán, ảnh hưởng của độ nhớt và độc tính xúc tác là đặc trưng của nguyên
liệu và chất xúc tác sinh học. Sự tăng trọng lượng phân tử và thay thế thường
làm cho hợp chất thơm tăng khả năng chống lại sự tấn công của vi khuẩn . Các
hợp chất dị vòng thơm có thể ổn định hơn để vi khuẩn phân hủy hơn
hydrocarbon tương tự của chúng, và các chất thơm với alkyl thay thế ở hàm
lượng cao thì chúng đã có khả năng chịu xúc tác hơn các chất thơm không thay
thế. Thật không may, ở những giai đoạn chúng ta chưa kết hợp được tính chất
vật lý và thuộc tính của nguyên liệu để có thể dự đoán được độ nhạy của nó
trong quá trình xử lý sinh học.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử thơm trong dầu mỏ:
3.1 Hệ thống phản ứng sinh học:
Cho dù quá trình xử lý sinh học các chất thơm trong dầu có được áp
dụng tại nhà máy lọc dầu hay trong mỏ dầu thì, hệ thống lò phản ứng phải giải
quyết hai vấn đề lớn sau: Với điều kiện bề mặt tiếp xúc là lớn nhất để hạn chế
thấp nhất những vấn đề xảy ra trong chuyển khối, và cung cấp đầy đủ oxy để
phản ứng. Tuy nhiên, một vấn đề có liên quan với yêu cầu trước đây, đó là sự
hình thành nhũ tương và cuối cùng là cần phân tách hai pha lỏng và chất xúc
tác sinh học ra khỏi nhau. Trong thực tế, rất nhiều những vấn đề kỹ thuật đã

được báo cáo trước đây, như với vấn đề về quy mô phòng thực nghiệm và vấn
đề quy mô sản xuất thử nghiệm của quá trình khử lưu huỳnh bằng sinh học
(biodesulfurization processes) sẽ xảy ra một loạt các va chạm với quá trình oxy
hóa vòng thơm. Một số loại lò phản ứng có thể được thích hợp cho xúc tác sinh
học dầu mỏ, với sự lựa chọn tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và xem xét thu hồi
sản phẩm. Hai lò phản ứng loại được mô tả ở dưới đây là: lò phản ứng sinh học
thông thường bể khuấy động và lò phản ứng phóng điện.
3.1.1. Lò phản ứng sinh học với bể khuấy động hai pha lỏng
Sự pha trộn hiệu quả cần thiết cho quá trình chế biến sinh học có thể đạt
được theo quy ước lò phản ứng sinh học bể khuấy "two-liquid-phase", chẳng
hạn được mô tả bởi Villemur và Daugulis và đồng nghiệp của họ. Trong khi đó,
các ứng dụng khác của lò phản ứng sinh học hai pha lỏng yêu cầu bổ sung chất
không phân huỷ, không trộn lẫn nước, pha chất mang phải phù hợp để hòa tan
chất nền, với dầu mỏ, chính nguyên liệu là dung môi cho chất nền thơm và
chúng không cần bổ sung thêm pha chất mang. Tuy nhiên, đối với nguyên liệu
gây ngộ độc, nó cần thiết xem xét việc pha loãng nguyên liệu với một chất
mang không gây độc. Trong trường hợp này, nó thậm chí còn quan trọng hơn
để đảm bảo các chất xúc tác sinh học không bị ôxy hóa hoặc các chất hợp thành
của nguyên liệu hoặc chất pha loãng tăng lên không đúng mục đích. Oxy cần
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
thiết cho xúc tác sinh học thì được cung cấp bằng khí của lò phản ứng two-
liquid-phase(hai pha lỏng), và do đó có thể được hạn chế sự chuyển khối.
Mặc dù chất hoạt động bề mặt và vi sinh vật hoạt động bề mặt và nhũ tương có
thể làm tăng hiệu quả của sự hình thành giọt dầu và sự ổn định của những giọt
đó trong xúc tác sinh học, Marcoux et al. [28] đã báo cáo rằng việc bổ sung các
chất hoạt động bề mặt cho lò phản ứng sinh học two-liquid-phase thì không
làm tăng sự chuyển hóa khối lượng phân tử PAH, và rhamnolipids thì có tác
dụng kìm hãm. Một vấn đề quan tâm nữa kèm theo đó là việc sử dụng chất hoạt
động bề mặt thì sẽ làm cản trở sự phân tách pha lỏng hoặc sẽ loại bỏ các tế bào

của chất xúc tác sinh học.
Để giảm chi phí liên quan đến việc việc xử lý, phân tách và loại bỏ
nước, về lý tưởng thì cần đạt được tỷ lệ thể tích của dầu trên nước phải là tối
đa. Tuy nhiên, điều này có thể dẫn tới thêm những vấn đề về sự nhủ hóa (ví dụ
như, nhũ tương water-inoil), cản trở việc xử lý, phân tách các pha. Do đó, tỷ lệ
thể tích tối ưu có thể sẽ được xác định bằng thực nghiệm với nguyên liệu cụ thể
và chất xúc tác sinh học, và nhũ tương có thể được tách bằng phương pháp ly
tâm hoặc bằng thiết bị ly tâm chất lỏng.
3.1.2. Lò phản ứng Electro-spray (nhũ tương-giai đoạn tiếp xúc):
Một sự lựa chọn để thay thế cho lò phản ứng sinh học khuấy trộn cồng
kềnh, phức tạp đó là lò phản ứng electro-spray (lò phản ứng điện phun), hay lò
phản ứng emulsion-phase (lò phản ứng pha nhủ tương), những lò phản ứng này
tạo ra một lực đẩy giữa hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau bằng cách lợi
dụng tính dẫn điện khác nhau của chúng. Lực đẩy này làm phân tán pha dẫn
điện (dung dịch của chất xúc tác sinh học) vào pha không dẫn điện (pha dầu),
tạo ra một dạng nhũ tương với mỗi giọt kích thước nhỏ hơn 5 µm, sử dụng
năng lượng ít hơn đáng kể hơn so với những máy khuấy thông thường và tăng
sự chuyển khối của oxy đến pha lỏng. Hiệu quả của việc pha trộn theo phương
pháp này thì thuận lợi ở chổ tối đa hóa diện tích bề mặt tiếp xúc để tăng hiệu
suất truyền chất trong khi đó giảm thiểu tới mức tối đa thể tích nước cần thiết.
Mặc dù theo lý thuyết thì có những thuận lợi, một thử nghiệm so sánh
hiệu suất của lò phản ứng electro-spray và lò phản ứng gián đoạn đã cho thấy
quá trình khử lưu huỳnh theo phương pháp sinh học (biodesulfurization) bởi
Rhodococcus erythropolis IGTS8 thì hiệu suất của chúng là tương đương trong
cả hai hệ thống, có lẽ vì các chất xúc tác sinh học đã tạo ra một chất hoạt động
bề mặt làm tăng sự tác động của máy khuấy.Lò phản ứng Electro-spray phải
chứng tỏ để phù hợp hơn khi sử dụng với chất xúc tác sinh học và nó không
làm sinh ra chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactans).Tuy nhiên trong
công nghệ thì xem xét bổ sung thêm thì rất khó khăn, so với thiết bị pha trộn
thông thường thì nó phải tuân thủ nhiều điều kiện hơn để áp dụng thiết kế với

quy mô lớn.
3.2. Chất xúc tác sinh cố định:
Các kiểu ứng dụng xử lý sinh học được lựa chọn thì sẽ quyết định dù việc cố
định chất xúc tác sinh học là cần thiết. Việc giữ cố định các tế bào thì làm phân
tán và thu hồi lại xúc tác sẽ dể dàng, hay đơn giản là chia tách từ sản phẩm đã
xử lý hay tái sử dụng lại chất xúc tác. Các chất nên cố định phải có khả năng
chịu đựng sự được sự hòa tan của nhiên liệu và không được bám vào chất nên
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
hay sản phẩm, trong khi đó máy móc hòa tan phải đủ mạnh cần thiết để duy
trùy kích thước nhỏ của các giọt.
Một số chất xúc tác sinh học hỗ trợ những hệ thống này cũng được biết đến,
chẳng hạn như alginate, Kcarageenan, và polyacrylamide, được sử dụng trong
nhiều ứng dụng công nghệ sinh học.Nylon, nhựa và urethane pre-polymer, và
các polymer khác mà có nhiều lỗ xốp thì đã được mô tả cho các ứng dụng phân
hủy sinh học hay ứng dụng trong chế biến bằng sinh học.
3.3. Nuôi cấy Biocatalysts thuần khiết so với nuôi cấy hổn tạp:
Tổng quan này chỉ xem xét việc sử dụng các biocatalysts nuôi cấy thuần
khiết cho quá trình xử lý sinh học, mặc dù về mặt lý thuyết, nuôi cấy hỗn tạp có
thể được sử dụng đồng thời hoặc thực hiện lien tiếp nhau để đạt được một loạt
các phản ứng mong muốn. Ví dụ, một số ít phương pháp thông thường để chế
biến sinh học có thể bao gồm một hệ thống tương tự nhau được mô tả bởi
Munoz et al. [37] trong đó một tập đoàn của một loại tảo và vi khuẩn làm biến
chất phenanthrene dưới điều kiện quang hợp trong một bình phản ứng phân
chia hai pha mà không có một nguồn cung cấp khí oxy bên ngoài nào. Tập
đoàn khác đã được mô tả trong đó hai biến thể của PAH được nuôi cấy cùng
nhau đã oxy hóa PAH có khối lượng phân tử lớn hơn riêng nó, điều này sẽ mở
rộng ra phạm vi chất nền để ứng dụng trong chế biến sinh học các hợp chất
thơm. Chắc chắn, sự phân hủy sinh học các hỗn hợp hydrocarbon phức tạp điển
hình thì thường dựa trên các tập đoàn vi khuẩn để hoàn tất việc loại bỏ chất

nền, và có nhiều trường hợp các nhóm vi khuẩn cùng mức dinh hoạt động kết
hợp để làm giảm các hợp chất thơm. Hiện nay nó dường như không thực tế để
thay thế biocatalysis bởi nhiều hơn một sinh vật, đặc biệt,nếu kỹ thuật biến đổi
cấu trúc gen di truyền là cần thiết để ngăn chặn sự khoáng hóa. Tuy nhiên, điều
này có thể là một hướng nghiên cứu cho trong tương lai.
3.4. Qúa trình kỵ khí:
Mặc dù sự biến đổi kỵ khí của hydrocacbon thơm đã được trình bày đối
với monoaromatics như toluene và w-xylen và PAH như naphthalene và
phenanthrene, hiện nay chúng thì không thích hợp cho quá trình chế biến sinh
học các chất thơm vì nhiều lý do: sự biến đổi kỵ khí được biết đến thì rất chậm
so với phản ứng hiếu khí, và tương đối ít các cách nuôi cấy thuần khiết đã được
báo cáo để chuyển đổi kỵ khí của các di- và tri-aromatics hay các hợp chất dị
vòng, và do đó một vài chuổi phản ứng dị hóa đã được giải thích, và các công
cụ di truyền để điều khiển các vi sinh vật kỵ khí thì có nhiều vấn đề chưa được
làm rõ. Đối với những nguyên nhân này, khả năng để xử lý sinh học bằng quá
trình kỵ khí là không được trình bày trong phần này, mặc dù trong tương lai nó
có thể trở thành một quá trình đáng quan tâm để xử lý về lâu dài.
3.5. Một số quá trình cần quan tâm khác:
Một số khía cạnh khác để xử lý bằng sinh học hợp chất thơm sẽ cần phải được
xử lý trước khi một đưa một quá trình ra sản xuất thương mại. Một số vấn đề
đó có thể trong một số quá trình cụ thể khác là phổ biến trong nhiều ứng dụng
trong công nghiệp để sản xuất vi sinh vật (enzym). Bên cạnh vấn đề về mặt
sinh học, vấn đề hiệu quả khi sản xuất với quy mô lớn sinh khối có ích thì liên
quan đến mỗi tiềm năng của quá trình xử lý bằng sinh học, nhưng sự lựa chọn
công thức hóa của chất xúc tác sinh để dễ dàng và an toàn khi xử lý thì cũng sẽ
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau dù quá trình đó được áp dụng trong mỏ dầu
hay một nhà máy lọc dầu. Tương tự như vậy, có nhiều vấn đề liên quan khi xử
lý sinh khối chất thải yêu cầu cần lượng nhu cầu oxy sinh học (BOD) và lượng

nhu cầu oxy hóa học (COD) nhiều, nhưng cụ thể sẽ khác nhau tùy thuộc vào
từng vị trí của mỗi bộ phận xử lý. Tuổi thọ của các chất xúc tác sinh học và sự
phù hợp của nó để phục hồi lại và tái sử dụng cũng là ứng dụng cụ thể. Về mặt
kỹ thuật, các vấn đề an toàn đã được đặt ra cho hoạt động của lò phản ứng hai
pha lỏng two liquid-phase, đặc biệt là ở nhiệt độ cao với những pha hữu cơ dễ
cháy hay ở áp suất cao cung cấp oxy để phản ứng. Đối với quá trình mở vòng
thơm bằng phương pháp sinh học (Biological Aromatic Ring Cleavage
“BioARC”), và có thể là quá trình khử nitơ bằng sinh học (bio-
denitrogenation), các vấn đề tách và thu hồi các sản phẩm phân cực từ pha chứa
nước phải được giải quyết, cũng như xử lý chúng sau khi thu hồi.

4. ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT XÚC TÁC SINH HỌC TRONG XỬ LÝ CÁC
HỢP CHẤT THƠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Các thuộc tính của chất xúc tác sinh học (biocatalysts) trong quá trình sử
lý sinh học các chất thơm bao gồm:
1. Phát triển nhanh chóng với mật độ cao trong một môi trường không giãn nở
mà không cần
hydrocarbon, tạo ra sinh khối, hoặc có cấu tao hay nhanh chóng suy ra được
hoạt tính của xúc tác.
2. Chất xúc tác phải bền, và quá trình oxy hóa chất thơm phải được duy trì liên
tục bởi các tế bào đã sinh trưởng trước như một huyền phù trong dung dịch.
3. Một loạt các hoạt tính phản tương tác lại các chất nền alkyl-aromatic và
alkyl-heterocyclic với một số phản ứng phụ không mong muốn;
4. không có hoạt tính phản tương tác với các chất nền non-target chẳng hạn như
các hydrocarbon ;
5. Một hệ thống di truyền có thể được điều khiển để cho phép tách riêng biệt từ
một khối tại một bước mong muốn của enzyme, như thế sẽ ngăn được sự mất
carbon và sinh ra sản phẩm oxy hóa mong muốn.
6. Tính ổn định và khả năng dự đoán các kiểu hình và đột biến không mong
muốn dù sự dị hóa các gen là cấu trúc plasmid-borne hay nhiểm sắc thể;

7. Hoạt động trong hệ thống phản ứng two-liquid-phase ở đó chất nền là pha
không trộn lẫn nước với một tỷ số truyền thể tích lớn để gây ra huyền phù tế
bào;
8. Chất xúc tác sinh học phải không gây bệnh để an toàn khi vẫn chuyển và sử
dụng;
9. Chịu đựng tốt khi phải chịu ảnh hưởng ngộ độc của nguyên liệu hay các hợp
chất mới tạo ra bỡi phản ứng xúc tác sinh học;
10. Khả năng mở rộng quy mô sản xuất sinh khối có lợi để tiến tới tổ chức sản
xuất thương mại.

4.1. Ví dụ của ứng cử viên của vi khuẩn xúc tác sinh học:
Có không thiếu các chi vi khuẩn là các ứng viên tiềm năng cho khả năng chia
tách hoặc hydroxyl hóa vòng thơm. Một danh sách ngắn gọn sự chọn lọc
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
ví dụ được đưa ra trong Bảng 1, biết thêm thông tin chi tiết được xem xét trong
Ref. [43]. Những các chủng có hoạt động chống PAH(Polycyclic aromatic
hydrocarbon) và dị vòng thơm, mặc dù hệ thống di truyền của chúng có thể ko
được biết đến nhiều hiện nay để tạo ra con đường đột biến mong muốn. Trong
số các ứng cử viên là những họ Gram âm như Pseudomonas và Gram dương
như Rhodococcus.
Pseudomonads từ lâu đã thu hút sự quan tâm như xúc tác linh hoạt thường được
sản xuất oxygenase để tấn công hydrocarbon. Rhodococci, những loại có tính
đặc biệt sử dụng con đường "4S" [45], đã được quan tâm nhiều hơn trong
biodesulfurization, nhưng nói chung, di truyền học của chúng ít được đặc
trưng.
Xúc tác sinh học có một bề mặt tế bào ưa nước (ví dụ như Pseudomonas spp.)
phụ thuộc vào khối lượng vận tải của PAH từ giai đoạn dầu tới pha dung dịch
nước.
Với nền cao không tan trong nước (ví dụ, lớn hơn PAH), điều này có thể là một

tỉ lệ hạn chế yếu tố. Ngược lại, vi khuẩn với các bề mặt kỵ nước (ví dụ,
Rhodococcus erythropolis IGTS8 [45]) có thể đạt được liên hệ mật thiết với các
chất nền bằng cách gắn với dầu: nước giao diện và có thể mất các nền PAH
trực tiếp từ các giọt dầu. Quá trình này có lợi thế là giảm thiểu những hạn chế
do vận chuyển khối lượng chất nền, nhưng có thể ổn định nước trong dầu hoặc
dầu-trong-nước nhũ tương [46], có khả năng làm cho nó khó khăn để tách dầu
và chất xúc tác sinh sau khi xử lí. Tương tự như vậy, vi khuẩn sản xuất chất
hoạt động bề mặt có thể không thích hợp làm biocatalysts. Mặc dù các sản
phẩm ngoại bào của chúng có thể tăng cường hình thành giọt và
"pseudosolubilization" trong biocatalysis, chúng cũng có thể ổn định nhũ
tương, cản trở sự phân tách cuối cùng của dầu được xử lí và pha dung dịch.
Có tiềm năng cho các cực trị, đặc biệt là thermophiles, được sử dụng xử lý sinh
học [16]. Những lợi thế của làm việc tại lò phản ứng sinh học nhiệt độ cao hơn
bao gồm giảm độ nhớt nguyên liệu (để cải thiện trộn) và có thể được để xử lý
dầu vì nó đi ra khỏi môi trường này (thường ở nhiệt độ cao) mà không cần phải
để làm mát nó đến một nhiệt độ phù hợp. Tuy nhiên, tương tự hạn chế của vận
chuyển hàng loạt và xa rời thực tế ứng dụng.
Bảng này không phải là một danh sách toàn diện, mà là một chỉ số về sự đa
dạng về họ với tiềm năng để xử lý sinh học thơm.

Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương


ứng cử viên xúc tác sinh học Thích hợp mới chắc chắn tồn tại và có thể được
làm giàu và phân lập từ môi trường phù hợp nơi quá trình chọn lọc tự nhiên
thuận lợi kiểu hình dị hóa mong muốn. Sử dụng phương pháp vi sinh vật thông
thường, sự làm giàu có thể được hỗ trợ bởi ứng dụng đúng đắn của lựa chọn
thêm áp suất trong phòng thí nghiệm, với các thao tác gen tiếp theo để loại bỏ
thuộc tính không mong muốn hoặc thêm các kiểu hình lạ. Để xác định một chất

xúc tác sinh tiềm năng mới nó có thể có đầy đủ chọn lọc nhóm hỗn hợp cho
việc bổ sung di truyền mong muốn bởi DNA: DNA lai hoặc PCR, theo bởi hóa
chất xác nhận của dị hóa. Tuy nhiên, sự cô lập của xúc tác sinh thực sự mới lạ
(tức là, những loại có ít tương đồng để biết đến gen dị hóa thơm đó, mục 3.2)
đòi hỏi kỹ thuật phải lựa chọn và sàng lọc vi sinh sinh hóa cổ điển. Đáng chú ý,
Kilbane et al. [70] tìm thấy rằng chất hướng hóa chất đơn giản và shakeflask
làm giàu của vi khuẩn lạ có khả năng chọn lọc loại bỏ các N dị nguyên tử từ
quinoline (C9H7N) đã không thành công, và lặp đi lặp lại vòng làm giàu và đột
biến đã được yêu cầu để chọn một dòng với mong muốn dị biến hoạt động.

Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
4.2. Ví dụ về các hệ thống di truyền cho quá trình oxy hóa thơm
Bởi vì tiềm năng rộng của xúc tác vi khuẩn, đó cũng là một mảng đa
dạng của các hệ thống di truyền mã hóa và điều chỉnh thơm hydroxyl hóa và
hoạt động phân cắt vòng. Nhìn chung, các catabolic thơm gen được quy định
như một hoặc nhiều operons có thể được mã hóa rất lớn plasmid (ví dụ như
Novosphingobium (trước đây Sphingomonas) aromaticivorans
F199 plasmid pNLl, 184 kb [62]), kích thước trung bình plasmid (ví dụ,
Pseudomonas putida NCIB 9816-4 plasmid pDTGl, 84 kb [71]) hoặc trên
nhiễm sắc thể (ví dụ, Mycobacterium sp. PYR-1 [72] và Sphingomonas sp.
ANT 17 [60]). Nhiều loại trong số những vi khuẩn này sử dụng các con đường
thoái hóa tương tự như trong hình. 1, nhưng có số lượng ngày càng tăng của
các báo cáo của các con đường mới, chẳng hạn như chất hóa học rút từ than đá
thoái hóa do Mycobacterium sp. LB501T [73]. Thật không may, chi tiết đặc
tính di truyền của hầu hết các con đường lạ vẫn còn để được giải quyết số
lượng lớn các giao dịch tài liệu với các mô tả của "tái phát hiện" cổ điển PAH
catabolic gen.
4.2.1. Gene tổ chức và tương đồng
Các gen cho quá trình oxy hóa PAH thường được tổ chức thành "trên"

và "dưới"Con đường operons (Hình 3), có thể được ngăn cách bởi nhiều
kilobases [74]. Sử dụng ví dụ nguyên mẫu của các naphthalene gen suy thoái
mã hóa trên plasmid NAH7, con đường trên {nah operon) bao gồm quá trình
oxy hóa của naphthalene tới salicylate, và các con đường thấp hơn ,sal operon)
mã hóa quá trình oxy hóa của salicylate chất chuyển hóa trung tâm (xem xét
trong Tài liệu tham khảo [71]. Hình 3). Đó là các gen trên con đường quan
trọng đối với xử lý sinh học thơm mô tả ở đây.
chức năng Tương tự của các gen nah đã được mô tả, bao gồm cả
Hoàn tác [75], dox [76] và Pah [77] gen trong Pseudomonas spp, PHB gen
trong Sphingomonaspaucimobilis EPA505 [5S], phn gen trong Burkholderia
sp. RP007 [50], phd gen trong chủng Comamonas testosteroni [51] và
Nocardioides sp. KP7 [67], lứa tuổi của các gen trong Ralstonia
{Pseudomonas) sp. U2 [78], và nid gen trong Mycobacterium sp. PYR-1 [72].
Một số những operons di truyền tương đồng với gen nah (nah-\ ike), trong khi
những một số khác độc đáo (Không-nah-như) trong trình tự của họ và sắp xếp
gen (hoặc) có sự khác biệt từ cổ điển nah gen (xem nhận xét toàn diện trong
Tài liệu tham khảo. [7]). Ví dụ, một số dox và Hoàn tác gen là hầu như giống
nhau [76], trong khi các gen phdA chỉ 60% tương đồng với gen dioxygenase
khác nah [67] và các gen phn không chỉ hiển thị ít tương đồng với gen Hoàn tác
nguyên mẫu, nhưng cũng được tổ chức khác nhau trong operon *50+. Trong
trường hợp của sphingomonads (xét Ref. [59]), Sphingobium (Sphingomonas)
yanoikuyae Bl và N. aromaticivorans F199 cảng thơm dị hóa gen chỉ xa liên
quan đến các gen đã được nghiên cứu pseudomonad PAH catabolic nhưng xuất
hiện để được bảo tồn trong sphingomonads khác. Thiếu lai chéo trình tự giống
nhau trong số không tương đồng PAH làm suy giảm sinh vật [79, 80] có thể
cản trở các màn hình phân tử để xác định ứng cử viên mới, độc đáo xúc tác
sinh trong môi trường.
Trong một số vi khuẩn, các tổ chức gen dị hóa là đáng kể hơn
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

phức tạp hơn nah như operons. Ví dụ, các gen nhiễm sắc thể cho thơm dị hóa
trong một số sphingomonads thì rời rạc và dư thừa [59], kết quả có khả năng từ
chuyển nhượng gen lặp đi lặp lại bên [7]. Thơm dị hóa trong S. yanoikuyae BI
liên quan đến sáu operons với con đường phức tạp cho mono-và dị hóa thơm đa
vòng [83]. Một số operons dị hóa là hai bên bởi yếu tố chèn hoặc liên kết với
các transposon [56, 84], tạo thành có khả năng di động "catabolic cassette".
Điều này có thể giải thích cho sự chuyển giao rõ ràng của chúng bên và sự xuất
hiện của vi khuẩn khác nhau, nhưng cũng có nghĩa đối với sự ổn định di truyền
của một số ứng cử viên xúc tác sinh. Lặp đi lặp lại chèn vào plasmid lớn hoặc
nhiễm sắc thể cũng có thể chiếm cho sự hiện diện của nhiều enzyme
isofunctional, sự dư thừa như vậy có thể làm phức tạp những nỗ lực để kỹ sư
chặn đột biến ở các bước cụ thể enzyme (Phần 4).
Ít hơn nhiều đã được công bố về Gram dương PAH làm suy giảm
vi khuẩn, chẳng hạn như Mycobacterium sp. PYR-1 có cả dioxygenase và
monooxygenase hoạt động chống lại PAH và một trật tự gen bất thường trong
catabolic operon [72]. Dioxygenase gen thơm trong cụm chủng
phylogenetically với các gen dioxygenase khác Gram dương, bao gồm cả
Rhodococcus và Nocardioides spp. [72], chứ không phải là Gram đã được
nghiên cứu tiêu cực nah gen.

Hình 3.A. tổng quát operon tổ chức đối cho gen nah-Mke cổ điển, trích từ Refs.
[7,71] Các mũi tên chỉ hướng phiên mã, và bóng chỉ ra các gen cho enzym liên
quan . Aabcd mã hóa dioxygenase ban đầu; B dehydrogenase, C extradiol
dioxygenase, D isomerase, E hydratase aldolase, F dehydrogenase
salicylaldehyde. Q là không đặc trưng. "R" là gen quy định phân kì sao chép
mô tả cho P. putida NAH7 [81]. G, H, I, N, L, J, K bao gồm các operon con
đường thấp hơn cho salicylate suy thoái, có thể được tách ra từ operon trên
kilobases nhiều. B. Gene tổ chức của các Pseudomonas sp. LD-2 carbazole
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

catabolic operon, chuyển thể từ Ref. [82]. Gen cho các tiểu đơn vị enzyme liên
quan được chỉ định bằng sự che, Một gen mã hóa thiết bị đầu cuối đa-tiểu đơn
vị oxygenase, CARB các enzyme weto-chia tách, và carC các hydrolase Mặc
dù chúng tôi đang tiến triển theo hướng có thể dự đoán hóa học con đường của
sự xuống cấp của vi sinh vật [85], dự đoán và phát hiện gen mã hóa độc đáo
này hoạt động sẽ được khó khăn cho đến khi chúng tôi có nhiều mô hình để rút
ra.
4.2.2.gen dị hóa quy định
Các nah và sal operons (mã hóa naphthalene trên và dưới con đường dị
hóa) phối trí kiểm soát một cách tương tự. đã được nghiên cứu gen toluene dị
hóa, như có thể được mong đợi rằng họ sẽ mối quan hệ tiến hóa [86]. Nahr quy
định protein sao chép divergently và constitutively từ operon thấp hơn (Hình 3)
kích hoạt một cả hai operons [87, 88]. Salicylate, các chất nền của operon con
đường thấp hơn, chất cảm ứng tự nhiên của cả hai operons [81], với 2-
aminobenzoate (anthranilic acid) là một chất vô căn cảm ứng [89]. Operon nah
nhân bản vô tính có thể được thể hiện và phù hợp quy định tại Escherichia coli,
nhưng biểu hiện không cảm ứng của nó là thấp hơn bởi một cường độ khác
[81]. Điều này có nghĩa cho việc xây dựng và sử dụng các chủng chất xúc tác
sinh tái tổ hợp (Phần 4).
Trong khi đó, các quy định của gen dị hóa của các chất thơm như toluene
và naphthalene đã được nghiên cứu rộng rãi, sự sắp đặt của Gen PAH độc đáo
đã ít được mô tả và trong một số trường hợp thì không biết ngoại trừ tương tự
suy ra để hệ thống nah. Điều này có thể không thích hợp, và trong trường hợp
của các gen dị hợp khác nhau để biết đến nah như gen, sự sắp đặt thường vẫn
còn khó hiểu. Các tổ chức gen khác nhau của một vài không-nah-giống
operons dị hợp ngụ ý rằng sự sắp đặt khác nhau từ naphthalene và toluene mô
hình. Cảm ứng tương tự khác nhau giữa các loài và operons. Đối với
Ví dụ, Romine et al. [62] đã báo cáo rằng hợp chất thơm nhiều hơn một
Là cần thiết để tạo ra khoáng của naphthalene N. aromaticivorans
F199. Họ đưa ra giả thuyết rằng các phân nhóm gen và các sắp xếp phức tạp

trong sinh vật là kết quả trong khả năng đồng thời làm suy giảm thơm nhiều
chất nền. S. paucimobilis EPA505 có ít nhất hai tổ chức gen hydrocarbon dị
hợp được gây ra bởi một bộ một phần chồng chéo của các hợp chất thơm và
một số chất chuyển hóa [58]. Mặc dù các khả năng dị hóa như vậy của sinh vật
là ấn tượng, lợi thế này hiện nay có đáng kể hơn bởi sự tinh vi của các thao tác
di truyền cần thiết để đảm bảo kiểm soát được hoạt động. Tương tự như vậy,
Marcoux et al. [28] phát hiện ra rằng việc bổ sung các phân tử thấp trọng lượng
PAH một hỗn hợp của trọng lượng phân tử cao PAH có hiệu quả lớn hơn về
quá trình oxy hóa hơn đã bổ sung thêm các kích thích được biết đến như
salicylate và benzoate. Tuy nhiên, báo cáo này trái ngược với các quan sát sau
đó cùng một nhóm [65] người đánh dấu tác dụng ức chế của naphthalene vào
suy thoái của PAH cao hơn bởi một tập đoàn. Như trao đổi qua lại của kích
thích và thuốc ức chế là quan trọng đối với nguyên liệu hóa học phức tạp và các
sản phẩm, vì vậy, chất phản ứng hiệu quả nhất (s) nên được thực nghiệm xác
định cho mỗi chất xúc tác sinh trong bối cảnh của các nguyên liệu được nâng
cấp.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Trong trường hợp của monoaromatics ít nhất, đàn áp chất dị hóa và
quy định bởi các yếu tố tăng trưởng phụ thuộc sigma vào đặt lên trên
operonspecific quy định (ví dụ như, [90]). Quy định của toàn cầu của PAH suy
thoái chỉ có gần đây đã được giải quyết đối với một số sinh vật (ví dụ, [62]),
mặc dù nó có thể được quan trọng đối với hoạt động dị hợp tinh chỉnh và để đạt
được lặp đi lặp lại tái sử dụng xúc tác sinh di động toàn bộ.
4.3. Yếu tố di động ảnh hưởng đến sự phù hợp
*Chất nền hấp thu
Một số yếu tố vốn có để chất xúc tác sinh sẽ ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động
của một hệ thống hai pha lỏng, bao gồm cả sự hấp thụ và giải hấp thụ chất nền.
*Độ bền với dung môi
Bao gồm: điều chỉnh nhanh chóng của các thành phần acid béo màng khi

tiếp xúc với dung môi, thông qua hoạt động enzim hiện tại, lâu dài sản xuất
lipid màng tế bào bị thay đổi nhiều khả năng chống hiệu ứng dung môi;
hình thành và sự tróc của các túi có chứa dung môi, tăng quá trình trao đổi chất
của dung môi khi có thể, và xuất các hydrocarbon thơm đạt được bằng cách
protein xuyên màng gọi là bơm ra ngoài.

5. Kỹ thuật di truyền cải thiện xúc tác sinh học:
Đối với nhiều chi hoặc loài, kỹ thuật phân tử là một lựa chọn cho việc
cải thiện chất xúc tác sinh học. Đối với một số loài thì chưa có sẵn các công cụ
phân tử (ví dụ, các shuttle vector(véc tơ con thoi), biến nạp và các giao thức
liên hợp cho việc nhân bản hoặc transposon(đoạn gen) đột biến). Các thao tác
khả thi bao gồm nhiều phương pháp bị gián đoạn để mang lại một sản phẩm
mong muốn, biểu hiện của gen dị hóa trong tế bào chủ có khả năng chịu dung
môi hoặc chịu nhiệt, thoát khỏi sự ức chế phản hồi hoặc ức chế chất dị hóa, quá
mức, như là một kết quả của việc tăng số lượng bản sao gen hoặc cải thiện cảm
ứng, biểu hiện, và khả năng mở rộng bề mặt phạm vi gen xáo trộn và gây đột
biến hướng điểm.
5.1. Đột biến, nhân bản và tái tổ hợp chủng loài.
Để ngăn chặn các chất xúc tác sinh học oxy hóa hoàn toàn các chất nền
thơm, nó có thể là cần thiết để làm gián đoạn con đường suy thoái của chất nền
(s). Trong thuật ngữ đơn giản, điều này có thể được thực hiện bởi gen đột biến
cho các enzyme mà cho dòng xuống của các sản phẩm mong muốn bằng cách
xoá bỏ hoặc ngừng hoạt động các insertional, hoặc bằng cách chỉ nhân bản các
gen mong muốn vào một vật chủ không có các chức năng bổ sung trong các
phương pháp, hoặc một sự kết hợp của hai phương pháp tiếp cận. Nó có thể
thực hiện được trong một số trường hợp để tạo ra các chủng tái tổ hợp bằng
cách nhân bản gen dị hoá vào tế bào vật chủ với những đặc tính mong muốn
như sức đề kháng dung môi (xem chương 12). Hai ví dụ về các phương pháp
này được đưa ra dưới đây.
Để tạo ra các chất xúc tác sinh học được sử dụng trong quá trình BioARC,

các đoạn gen đột biến ngẫu nhiên đã được thực hiện trên loại hoang dã P.
fluorescens LP6a [55] bằng phương pháp tiêu chuẩn. Transconjugant với các
đột biến mong muốn trên con đường đó đã được lựa chọn sàng lọc cho tích lũy
các màu vòng cao chia tách sản phẩm của dibenzothiophene, tương tự như hợp
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
chất V, hình. 1. Các đột biến phân cực coi là bước E, hình. 1. Con đường thấp
hơn với qui định gen tương tự NahR vẫn còn nguyên vẹn trong dòng chất xúc
tác sinh học, để salicylate là một chất cảm ứng metabolizable của con đường
trao đổi operon trên. Tương tự trong nghiên cứu, Kotlar et al. [22] đặc hiệu bất
hoạt các gen mã hóa nahE naphthalene hydratase-aldolase (tương tự như bước
E, Hình 1) S. yanoikuyae N2, làm cho nó tích tụ sản phẩm phân cắt vòng thơm.
Riddle et al. [82] nhân bản vô tính và subcloned các gen dị hoá từ carbazole
làm suy giảm sinh vật Pseudomonas sp. LD2 [12]. Mã hóa gen meta-leavage và
enzyme hydrolase (carBa, carBb, carC;. Hình 3). Các xúc tác bước C và D
(Hình 2) đã bị xoá từ phân mảnh, để lại carbazole nhiều tiểu đơn vị gen
dioxygenase (carAal, xe Aa2, carAc, carAd; Hình 3) còn nguyên vẹn. Subclone
sau đó đã được chuyển vào dung môi có sức đề kháng, carbazole tế bào chủ
không làm suy giảm P. putida Idaho. Các chủng tái tổ hợp dự kiến sản xuất
carbazole chuyển hoá 2-aminobiphenyldiol (hợp chất III, Hình 2) trong các
phản ứng hai pha lỏng với carbazole hòa tan trong 1-methylnaphthalene. Chủng
tái tổ hợp hoạt động trong cả khi có mặt hay không có mặt của 10% Xylen
(nồng độ đủ để ức chế hoạt động trong E. coli). Tuy nhiên, quá trình oxy hóa
carbazole ít đáng kể hơn so với quá trình được tạo bởi các tế bào gốc khi có
hoặc không có Xylen hiện diện. Điều thú vị là, các gen carbazole không biểu
hiện trong các tế bào liên quan đến P. putida KT2440, bao gồm các dòng đặc
hiệu biểu hiện ở những gen dị hoá này. Không thể đoán trước biểu hiện gen dị
hoá được ghi nhận trong các vật chủ cổ điển, chẳng hạn như E. coli và thậm chí
trong các dòng vật chủ liên quan (ví dụ,
[67, 99]). Đây là một yếu tố để xem xét nổ lực tạo ra tái tổ hợp các xúc tác sinh

học.
5.2. Mở rộng phạm vi chất nền:
Khi biết thêm thông tin được công bố về dioxygenases thơm và enzyme liên
quan "trên" con đường dị hóa cho thơm những hợp chất dị vòng, nó sẽ trở nên
khả thi hơn cho việc tạo ra các đột biến hướng điểm để mở rộng phạm vi chất
nền biocatalysts. Ví dụ, amino acid thay thế ở vị trí hoạt động của dioxygenase
naphthalene cổ điển Pseudomonas sp. NCIB9816-4 đã tiết lộ một số khía cạnh
về chất nền của enzyme đặc hiệu [105]. Một báo cáo gần đây [106] xác định dư
lượng axit amin kết hợp với chất nền đặc trưng của một dioxygenase tham gia
vào tetralin phân hủy sinh học.
Một số dioxygenases đã được chứng minh là có trong một loạt các chất nền
rộng [100]. Do đó, nó sẽ có giá trị để khám phá ra những dãy chất nền của
dòng xuống của sản phẩm các phản ứng khi nó có thể đại diện cho "thắt cổ
chai" của nền đặc hiệu. Thật không may, có rất ít công bố thông tin về enzym
như vậy và các gen của nó, như hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đã được
dành cho quá trình oxy hóa từng bước ban đầu.
Một số gen dị hóa tự nhiên bao quanh bởi các yếu tố đính hoặc các thành phần
của transposon chức năng hoặc không có chức năng [56, 84].Sắp xếp này có
thể tạo điều kiện trao đổi tiến hóa của các tiểu đơn vị enzyme dị hoá, dẫn đến
phạm vi quán sát khác nhau của chất nền cho thơm
dioxygenases. Nếu một chất xúc tác sinh học không phù hợp với nền đặc hiệu
bị thu hẹp, xáo trộn gen thì có thể là một lựa chọn để cải thiện chất xúc tác sinh
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
học, hoặc bằng tự nhiên (lựa chọn trong chemostats hoặc chuyển đổi các vật
chủ phù hợp) hoặc bằng cách nhân bản trong ống nghiệm. Ví dụ, Suenaga et al.
[107] đã kết hợp gen cho biphenyl dioxygenase từ Pseudomonas
pseudoalcaligenes KF707 và Burkholderia cepacia LD400 để tạo ra một
dioxygenase tái tổ hợp với một phạm vi mở rộng chất nền.
Tóm lại, xúc tác sinh học có rất nhiều tiềm năng nhờ các công cụ phân tử có

sẵn cho thao tác di truyền gen dị hóa thơm của nó. Các trở ngại quan trọng hiện
nay để quá trình chế biến sinh học thơm cho phù hợp là sự hiểu biết không đầy
đủ về sự đa dạng và quy định của các gen này.
5. VÍ DỤ về thơm BIO-CHẾ BIẾN.
5.1. BioARC (Biological Aromatic Ring Cleavage).
Quá trình mở vòng BioARC là quá trình oxy hóa một phần của chất nền thơm
để thu được các sản phẩm vòng thơm tương tự như hợp chất IV và V, hình 1.
Tại pH trung tính, các sản phẩm này sẽ phân vùng vào dung dịch hỗn hợp phản
ứng hai pha lỏng phản ứng, được phục hồi và
tiếp tục xử lý (ví dụ, bằng quá trình nhiệt hoá hydro cho năng suất
alkylaromatics). Các nguyên liệu chế biến sinh học và dòng chất sẽ chuyển hóa
nên sau đó tính thơm sẽ thấp hơn. Khái niệm này cho đến nay đã được thử
nghiệm bằng cách sử dụng chất xúc tác sinh học 21-41, một dòng đột biến của
P. fluorescens LP6a [55]. Gần đây, một dòng tái tổ hợp của S. yanoikuyae N2
[22] cũng đã được thử nghiệm cho hoạt động này. Chất xúc tác sinh học 21-41
có hầu hết các đặc tính mong muốn trong một quá trình xử lí vòng thơm bằng
xúc tác sinh học (mục 3). P. fluorescens được coi là không gây bệnh theo Bộ Y
Tế Canada [108], như có nhiều tiềm năng tránh các vấn đề về an toàn sinh học.
Dòng chất xúc tác sinh học có nguồn gốc từ các transposon đột biến của tự
nhiên loại P. fluorescens LP6a [55], với một loạt các chất nền thơm rộng
với khả năng oxy hóa nhiều hai_ ba vòng PAHs và những hợp chất dị vòng
[79], cũng như homologues alkyl [9]. Kiểu hình nền rộng này được duy trì ổn
định trong các đột biến mặc dù nah-hke gen dị hóa được trên 63 kb plasmid
trong dòng này [55, 79].
Để chuẩn bị sử dụng các chất xúc tác sinh học, nó được nuôi sẵn qua đêm mà
không cần hydrocarbon để mật độ tế bào cao và cảm ứng với một trong hai
salicylate hoặc 2-aminobenzoate hoạt động cao. Giống nuôi cấy cảm ứng được
thu hoạch cho tái sinh trong nước hoặc đệm phosphate để sử dụng như là một
tế bào nghỉ (tức là không phát triển). Chất xúc tác sinh học đang hoạt động
trong hệ thống hai pha lỏng với mô hình nguyên liệu (nền thơm hòa tan trong

các thể mang béo hoặc xác thực sản phẩm chưng cất [19]) và các loại dầu thô
[20]. Hoạt động của nó đã được kiểm chứng trong shakeflasks và trong qui mô
bể khuấy phản ứng sinh học [18]. Quan trọng hơn, nó không oxy hóa
hydrocarbon béo [9]. Chất xúc tác sinh học có ít nhất một
bơm thơm ra ngoài[97] (mục 3.3.2) mặc dù toluene không phải là một chất nền
máy bơm này và do đó hoạt động bơm không liên quan đến sức đề kháng của
dung môi cổ điển. Ảnh hưởng của máy bơm này đến hoạt động của xúc tác
sinh học PAH là không rõ. Hiện gen đột biến loại trực tiếp sẽ được sử dụng để
xác định xem ức chế ra ngoài này có làm tăng tỷ lệ xúc tác sinh học PAH
không.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Chất xúc tác sinh học 21-41 tạo ra các sản phẩm vòng chia tách dự kiến từ
dibenzothiophene [109] và phenanthrene như các hợp chất mô hình, được xác
định bằng quang phổ, sắc ký khí phổ khối lượng. Tỷ lệ các chất chuyển hóa (s)
tạo ra (ví dụ như hợp chất IV và V, hình 1) đã không được xác định, như các
tiêu chuẩn thương mại xác thực có sẵn. Bất kể, thành phần đồng phân không có
khả năng đều quan trọng trong sự chuyển hóa thu hồi hoặc xử lý hóa học tiếp
theo. Ngoài ra các dự đoán sản phẩm, thêm vòng các sản phẩm tách từ chúng
đã được quan sát, bao gồm một với một khối lượng phân tử hai đơn vị lớn hơn
dự kiến (Hình 4), có thể đại diện cho một phần giảm một sản phẩm vòng chia
tách [110]. Các bên phản ứng đã được suy ra, với quá trình oxy hóa của các
chất alkyl với rượu [9] và lưu huỳnh heteroatoms với sulfoxides [19]. Điều này
có thể là một hệ quả của sự không chọn lọc oxidations được thực hiện bởi
enzyme Nah-like của nó [100]. Một số ít nghiên cứu đã được thực hiện ở ngoài
trên hydro hóa học được quan sát sản phẩm quá trình oxy hóa, và một nghiên
cứu đầy đủ tương tự như quá trình oxy hóa sản phẩm carbazole ([111], Phần
5.3) là cần thiết.
Quá trình BioARC đã được xem xét cho cả hai lĩnh vực trong nhà máy lọc dầu
là ứng dụng, xử lý sản phẩm chưng cất (ví dụ, động cơ diesel), hoặc dầu thô,

tương ứng. Chi tiết các quy trình được tối ưu hóa liên quan đến làm bất định
chất xúc tác sinh để xử lí và tách, tái sử dụng và một nửa chu kì sống của các
chất xúc tác sinh, tách các tế bào từ pha lỏng, và xử lý dòng sản phẩm cũng như
xác định tối đa nguyên liệu: tỷ lệ phân tách tế bào. Tuy nhiên, kết quả cho đến
nay tiềm năng hỗ trợ của BioARC cho xăng dầu sinh học chế biến.
6.2. Kích hoạt sinh học của chất thơm:
US Patent # 6156946 [6] mô tả một quá trình kết hợp sinh học và điều
trị hóa học của chất nền thơm bao gồm mono-, di-và tricylic thơm hydrocarbon
cũng như là thay thế nó và các chất tương tự dị vòng trong nguyên liệu xác
thực. Bước đầu tiên là hydroxyl hóa của các chất thơm sử dụng vi khuẩn đột
biến hoặc tái tổ hợp để tạo ra hoặc dihydrodiol hoặc dihydroxy dẫn xuất (bước
A và B, Hình 1). Bước thứ hai là tách nước ở nhiệt độ cao (200 - 600 ° C) trong
môi trường CO và không có O2.
Đáng chú ý, sự hydro hóa hoặc xử lí hydrogenolysis được mô tả trong Patent
không yêu cầu trước khi tách các pha hữu cơ và dung dịch nước (Mặc dù ảnh
hưởng sự có mặt của tế bào chất xúc tác sinh học không được đề cập). Xử lí về
mặt lý thuyết này đạt được sự phân cắt vòng và (hoặc) loại bỏ các thơm
heteroatom N và S, dòng sản phẩm năng suất với trọng lượng phân tử thấp và
giảm hàm lượng heteroatom. Tùy thuộc vào các điều kiện phản ứng, chất
hydrogenolysis của dihydroxybiphenyls là sản lượng phenol, alkyl phenol,
monohydroxybiphenyls, dihydroxybiphenyls methyl hóa, cyclohexyl và
cyclopentylbenzenes, alkylbenzenes và dihydronaphthalenes, một số sản phẩm
khác. Tuy nhiên, không có ví dụ cụ thể để loại bỏ heteroatom được mô tả trong
các bằng sáng chế, và sự chuyển đổi các hỗn hợp nền có mặt trong nguyên liệu
xác thực cũng không hiệu quả.
Một số chủng vi khuẩn đã đề ra để được xúc tác sinh học phù hợp cho quá
trình, bao gồm các chủng đột biến của P. putida F bị ngăn lại tại bước dehydro
hóa (Bước B, Hình 1) để cw-dihydrodiols tích lũy, hoặc bước catechol
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

dioxygenase (Bước C, hình 1) để hợp chất 1,2-dihydroxy tích lũy. Ngoài ra,
các gen dioxygenase từ các chủng Pseudomonas spp, C.testosteroni hoặc S.
yanoikuyae được đề xuất như là nguồn gen tạo ra xúc tác sinh học tái tổ hợp
bằng cách nhân bản.
6.3. Denitrogenation sinh học
Một số loài nitơ những hợp chất dị vòng được tìm thấy trong dầu khí,
bao gồm cả phần chiếm ưu thế "không cơ bản" như carbazoles, pyrroles, và
indoles, và "cơ bản" như quinolines và pyridines. Sự tác dụng của hai phần này
với nitơ những hợp chất dị vòng đã được chứng minh (xem trong Tài liệu tham
khảo. [2]). Quinolines là giải trình tự mono-oxygenated cho sản lượng
hydroxyquinolines, N sẽ bị loại bỏ tiếp theo và tiếp tục cho quá trình oxy hóa.
Carbazole, tuy là, một bất thường trong “góc dioxygenation "ở vị trí 1,9 [112,
113, tạo ra 2'-aminobiphenyl-2, 3 -diol, tiếp theo là sự phân tách weto mở vòng
chất chuyển hóa và cuối cùng anthranilic acid (Hình 2), với phản ứng tạo ra các
sản phẩm bổ sung nhỏ [12, 57]. Mở rộng sự trao đổi chất cần là thiết để loại bỏ
các heteroatom nitơ từ các chất chuyển hóa này cũng sẽ loại bỏ carbon, do đó
làm giảm giá trị nhiên liệu, trừ khi chất chuyển hóa có thể được thu hồi để xử
lý riêng biệt.
Một cách tiếp cận để phá vỡ mất carbon là ngăn chặn góc tấn công sau khi chia
tách vòng nhưng trước khi mất carbon, phải tạo ra một chất chuyển hóa thơm
với một nhóm amin tự do (hợp chất III hoặc IV, hình 2), sau đó hydrogenating
phân tử "nhạy cảm" này trong điều kiện nhẹ cụ thể để loại bỏ nitơ. Gen mã hóa
các enzyme tấn công các góc cạnh đã được nhân bản, trình tự, và đặc trưng [56,
114, 115, tạo điều kiện thuận lợi cho các thao tác tương tửtong tương lai di
truyền với các hệ thống thơm-oxy hóa khác, và được mô tả trong Mục 4.1
,Riddle et al. [82] xóa gen từ carbazole operon để đạt được sự tích tụ chất
chuyển hóa.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương

Hình 4.A. Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) tổng ion quét cực chất chuyển hóa
tích lũy chất xúc tác sinh 21-41 sau khi ủ với naphthalene. chất chuyển hóa
được chiết xuất từ axit hóa trung bình và derivatized để mang lại các chất dẫn
xuất trimethylsilyl GC-MS phân tích; o-terphenyl là tiêu chuẩn thay thế. B.
Thánh Lễ quang phổ quét 591 và 596
trong bảng A, với cấu trúc được ưa chuộng nhất suy ra được hiển thị. Phỏng từ
Ref. [9].
Mặc dù cách tiếp cận này là có tiềm năng cho bio-denitrogenation, Bressler và
Gray [111] đã phân tích các sản phẩm của phản ứng hydro hoá bằng cách sử
dụng các mô hình chất chuyển hóa có chức năng chứa nhóm oxy cũng như
amin tự do (tương tự như những dự kiến từ cuộc tấn công góc carbazole [12]).
Mặc dù họ đã tìm thấy một số mô hình chất chuyển hóa nhiều hơn, dễ bị
hydrodenitrogenation xúc tác hơn bản thân carbazole, các hợp chất amin tự do
và rượu trên một chuỗi bên alkyl (ví dụ, hợp chất IV, Hình. 2) dễ nhanh chóng
bị một loạt các phản ứng phụ không mong muốn bao gồm ngưng tụ, trùng hợp
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
và vòng lại đóng cửa. Để tạo ra một chất nền phù hợp cho
hydrodenitrogenation hiệu quả, chất xúc tác sinh học hoặc sẽ phải loại bỏ các
nhóm amin tự do sau khi tấn công góc hoặc tạo ra một amin thơm mà không có
một nhóm phụ để lại chuỗi (ví dụ, một rượu). Điều này có thể là một hướng sản
xuất tiềm năng cho các thao tác di truyền trong tương lai của các xúc tác sinh
học ngăn chặn con đường carbazole và đưa hoạt động deaminase vào, hoặc
chuyển con đường dị hóa đối với các chất chuyển hóa nhiều hơn mong
muốn.Cách tiếp cận tiềm năng như vậy đã được chứng minh bởi Riddle et al.
[82]. Mặc dù các chủng tái tổ hợp của họkhông được sử dụng cho nghiên cứu
sinh học-denitrogenation ( tích lũy chất chuyển hóa được giữ lại bởi heteroatom
nitơ), nghiên cứu cho thấy tiềm năng cho thao tác di truyền của gen dị hóa và
biểu hiện trong các vật chủ dị hoá với các thuộc tính mong muốn. Đồng thời,
các chất chuyển hóa carbazole đã không phân cực hết mà nó phân chia thành

các giai đoạn dầu, loại bỏ cần thiết để phục hồi các chất chuyển hóa cực từ giai
đoạn nước.
Xúc tác sinh học Bio-denitrogenation phải có khả năng tấn công
alkylsubstituted carbazoles. Fedorak và Westlake [15] sử dụng một hỗn hợp
quần thể vi khuẩn để nghiên cứu tính nhạy cảm của sự phân huỷ 26 carbazoles
alkyl ; nhìn chung, homologues đã chứng minh sự giảm tính nhạy cảm với việc
tăng cường sự thay thế, khả năng kháng sự tấn công của C5-carbazoles. Tiềm
năng của vấn này trong phạm vi chất nền vẫn chưa được giải quyết trong các
nghiên cứu bio- denitrogenation.
Bio-denitrogenation có thể dễ dàng thực hiện hơn với nitơ những hợp chất dị
vòng như quinoline và isoquinoline (xem xét trong Tài liệu tham khảo. [2]).
Tính chọn lọc phân hủy sinh học của quinoline, methylquinolines và
isoquinoline trong đá phiến sét dầu mà không có quá trình oxy hóa của các
hydrocarbon không mong muốn đã được chứng minh [116]. Gần đây hơn,
Kilbane et al. [70]đã được sử dụng làm giàu các vòng và đột biến cô lập một
chủng Pseudomonas ayucida được sử dụng có chọn lọc quinoline như là một
nguồn nitơ cho sự tăng trưởng nhưng không phải là một nguồn carbon. Tế bào
nghỉ của chủng IGTN9m chỉ loại bỏ có 5% trong tổng số nitơ từ đá phiến dầu,
nhưng 68% quinoline trong dầu ủ bệnh trong thời gian 16-h. Sugaya et al. [117]
đề xuất rằng bio-denitrogenation của quinoline trong dầu thô, sản xuất
ammonia và chất chuyển hoá watersoluble, có thể đạt được trong suốt thời gian
lưu trữ trước khi tinh chế, do đó giải quyết nhu cầu về thời gian lưu tương đối
dài.

III. Tính khả thi của quá trình chế biến sinh học vòng thơm.
Nhận xét này đã không giải quyết được câu hỏi về tính khả thi kinh tế
của chế biến sinh học vòng thơm,cũng như có đủ nghiên cứu trên cơ sở ước
tính chi phí hợp lý. Người ta hy vọng rằng lợi thế kinh tế có thể thực hiện được
trong việc giảm chi phí về vốn và chi phí điều hành, và khả năng tiết kiệm kết
hợp với việc giảm chi phí hấp thụ CO2. Rõ ràng, nguồn vốn chi phí vận hành

sẽ thay đổi đáng kể tùy thuộc vào việc áp dụng các quá trình trong lĩnh vực này
tại nhà máy lọc dầu.
Tiểu luận: Khử các hợp chất vòng thơm trong dầu mỏ bằng phương pháp sinh học
SVTH: Huỳnh Đức Kỳ - Hóa dầu K31 – ĐH Quy Nhơn GVHD: TS.Đỗ Biên Cương
Các hậu cần của quá trình scale-up,không phải là đơn giản, nó cũng liên quan
đến nhiều loại ứng dụng. Dự đoán, tái sản xuất và xử lý khối lượng lớn các chất
xúc tác sinh học được thực hiện thường xuyên trong ngành công nghiệp dược
phẩm, và các thực hành này nên được chuyển nhượng để biocatalysis dầu khí
một tình hình nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, nếu chất xúc tác sinh học được sử
dụng trong các giếng dầu, nó phải được đưa vào dễ dàng và an toàn của xử lý,
cũng như sự ổn định và hoạt động mạnh mẽ trong điều kiện có thể không liên
tục và cũng không lý tưởng.
Tầm quan trọng của chế biến sinh học thơm đến nay đã giảm được nguyên liệu
aromaticity và lượng heteroatom, với ý tưởng rằng sản phẩm có cực sẽ được
thêm vào (hoặc giữ lại trong) dòng hữu cơ tại một số điểm, vì vậy để duy trì
đầy đủ giá trị nhiên liệu trong các nguyên liệu sinh học-chế biến.Ngoài ra còn
tiềm năng chưa khám phá để chuyển hướng dòng chất chuyển hóa để thay thế
cho quá trình hóa học, như là điểm bắt đầu để tổng hợp hóa cho chất thị trường
thích hợp.
Tuy nhiên, bất kể các sản phẩm được giữ lại,được giới thiệu lại hoặc chuyển
hướng, vẫn còn cần thiết mà tất cả các sản phẩm chế biến sinh học đều có giá
trị cho quá trình và hiệu quả kinh tế. Khi nền kinh tế lọc dầu thông thường thay
đổi để thích ứng áp lực của các qui định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt
với chất lượng nguồn nguyên liệu bị suy giảm, thi hương liệu chế biến sinh học
có thể trở nên hấp dẫn hơn như là một liều thuốc hỗ trợ cho các quá trình xử lí
thông thường.
IV. Kết luận:
Ứng dụng xúc tác sinh học để tách các vòng thơm từ quá trình xử lí sinh
học dầu khí vẫn còn trong giai đoạn phát triển và một số câu hỏi về tính khả thi
của quá trình và lợi ích kinh tế vẫn chưa có ai trả lời. Chúng ta có thể tự tin dự

đoán sự sinh hóa và di truyền của quá trình sinh hóa phân cắt vòng thơm bởi vì
đã chứng minh sự phức tạp và tính đa dạng của chúng và tiềm năng của xúc
tác sinh đã biết. Điều này có nghĩa là mỗi sự kết hợp của chất xúc tác sinh học
và nguyên liệu sẽ yêu cầu tối ưu hóa những ứng dụng cụ thể, mà làm chậm tiến
độ đối với một ứng dụng tổng quát.
Những tiềm năng của chế biến sinh học để giảm vòng thơm và lượng dị vòng
thơm của các loại dầu thô và các sản phẩm tinh chế. Xử lý sinh học sẽ bổ sung
các công nghệ tinh chế thông thường và cải thiện chất lượng nhiên liệu ,đầu tư
vốn và chi phí vận hành thấp hơn và giảm tác động của môi trường. Tuy nhiên,
thực tế vẫn đang chờ nghiên cứu thêm.