煤炭科学技术

作者：赵树峰, 郭红玉, 周霄, 王泽斌, 徐强, 陈浩, 张斌,

关键词：生物气, 黏土矿物, 厌氧消化, 金属元素, 抗性基因,

煤中矿物组成对生物产气过程具有重要影响，但不同煤阶条件下黏土矿物与菌群及重金属抗性基因之间的响应机制仍缺乏系统认识。以中低阶煤为研究对象，在控制黏土矿物含量变化的条件下开展生物产气试验，系统评估黏土矿物对生物产气性能及微生物重金属抗性基因分布特征的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜–能谱分析（SEM-EDS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对煤中矿物相组成、微观结构及元素赋存特征进行表征，并结合宏基因组测序分析菌群结构及重金属抗性基因丰度变化，探讨黏土矿物含量与生物产气性能之间的内在关系。结果表明：黏土矿物含量与煤阶共同制约生物甲烷生成过程。在低阶煤中，随着黏土矿物含量增加，甲烷产量由5.42 mL/g降至2.64 mL/g，生物产气受到抑制；而在中等煤阶煤中，黏土矿物含量升高使甲烷产量由3.16 mL/g增至4.58 mL/g，产气效率显著提高。产气性能变化伴随矿物相组成及微观结构的调整，Al、Fe等元素含量降低，Cu、Zn等元素相对富集。宏基因组分析表明，高产气体系中铜、砷转运相关重金属抗性基因（copA、copB、arsB）丰度较高，表明跨膜转运过程有助于降低重金属生物有效性。菌群结构分析显示，高产气体系以Bacteroidota门为优势类群，其丰度与重金属抗性基因呈显著正相关，Lactobacillaceae、Bacteroidales等类群为潜在基因宿主。相关性网络分析进一步揭示，重金属抗性基因之间及其与细菌类群之间具有协同分布特征。研究表明，煤中黏土矿物可通过影响菌群结构及重金属抗性基因分布，间接调控生物甲烷生成，为煤层生物成因气形成机制研究及煤生物气化与资源清洁利用提供了新的理论依据。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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