INFEWS N/P/H2O: Chemical and structural transformations at low solubility magnesium mineral-wastewater interface during struvite formation and growth
INFEWS N/P/H2O:鸟粪石形成和生长过程中低溶解度镁矿物-废水界面的化学和结构转变
基本信息
- 批准号:1710120
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this project funded by the Environmental Chemical Sciences program in the Division of Chemistry, Professor Jonas Baltrusaitis and his students study reactions of magnesium-containing, low solubility mineral surfaces with aqueous ammonium and phosphate ions from model wastewater streams. The goal is to develop new, highly efficient nitrogen (N) and phosphorus (P) immobilization routes for use of these minerals as slow release fertilizers. The project utilizes readily available magnesium-containing minerals (e.g., magnesium oxide, magnesium carbonate, dolomite and serpentinite) as substitutes for low abundance, high solubility magnesium chlorides and sulfates that are currently used. Outcomes of this work are expected to guide the development of nutrient recovery and recycling systems by providing fundamental understanding of mineral surface chemistry. Thus, this project addresses critical challenges of adequately managing nutrients at the nexus of food, energy and water. The project provides training opportunities for graduate and undergraduate students in the areas of surface science and environmental catalysis. Furthermore, the principal investigator actively participates in efforts to promote understanding of environmental science research in the local community via the Lehigh University Summer Engineering Institute and Summer CHOICES Engineering Camp.This project uses spectroscopic techniques to investigate reactive surface intermediates and products under diffusion-limited conditions on single crystal surfaces. This provides information on the detailed reaction kinetics, solid surface transformation and growth mechanisms, and insights into the nature of reactive sites. Iron- and calcium-doped MgO nanoparticles are synthesized in the laboratory. Ammonium and phosphate ion adsorption from aqueous solutions is performed to monitor the growth of slow nutrient release fertilizer mineral, such as struvite or hydroxyapatite, under interface limited conditions. Model magnesium mineral surfaces, their growth, and adsorption are characterized using Raman and diffuse reflectance infrared spectroscopy. Structural surface details of the synthesized MgO nanoparticles are interrogated using X-ray photoelectron spectroscopy and high resolution transmission electron microscopy. Growth kinetics of slow nutrient release fertilizer materials from ammonium and phosphate containing model wastewater solutions is measured using ion chromatography.
在这个由化学系环境化学科学项目资助的项目中,Jonas Baltrusaitis 教授和他的学生研究了含镁、低溶解度矿物表面与模型废水流中的含水铵和磷酸盐离子的反应。目标是开发新的、高效的氮 (N) 和磷 (P) 固定路线,将这些矿物质用作缓释肥料。 该项目利用现成的含镁矿物(例如氧化镁、碳酸镁、白云石和蛇纹岩)作为目前使用的低丰度、高溶解度氯化镁和硫酸镁的替代品。这项工作的成果预计将通过提供对矿物表面化学的基本了解来指导养分回收和再循环系统的发展。因此,该项目解决了在食物、能源和水的关系中充分管理营养物质的关键挑战。 该项目为研究生和本科生提供表面科学和环境催化领域的培训机会。 此外,首席研究员还通过里哈伊大学夏季工程学院和夏季 CHOICES 工程营积极参与促进当地社区对环境科学研究的理解。该项目利用光谱技术研究扩散限制条件下的反应性表面中间体和产物在单晶表面上。这提供了有关详细反应动力学、固体表面转化和生长机制的信息,以及对反应位点性质的深入了解。 铁和钙掺杂的 MgO 纳米颗粒是在实验室合成的。水溶液中的铵离子和磷酸根离子吸附用于监测缓释养分肥料矿物(例如鸟粪石或羟基磷灰石)在界面有限条件下的生长。 使用拉曼和漫反射红外光谱来表征镁矿物表面模型、其生长和吸附。使用 X 射线光电子能谱和高分辨率透射电子显微镜检查合成的 MgO 纳米颗粒的结构表面细节。 使用离子色谱法测量含有铵和磷酸盐的模型废水溶液中养分缓慢释放的肥料材料的生长动力学。
项目成果
期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mechanosynthesis of Magnesium and Calcium Salt–Urea Ionic Cocrystal Fertilizer Materials for Improved Nitrogen Management
镁和钙盐的机械合成——尿素离子共晶肥料材料以改善氮管理
- DOI:10.1021/acssuschemeng.7b02621
- 发表时间:2017-09-18
- 期刊:
- 影响因子:8.4
- 作者:K. Honer;Eren Kalfaoglu;C. Pico;J. McCann;J. Baltrusaitis
- 通讯作者:J. Baltrusaitis
Mesoporous Fe-doped MgO nanoparticles as a heterogeneous photo-Fenton-like catalyst for degradation of salicylic acid in wastewater
介孔铁掺杂氧化镁纳米粒子作为非均相类光芬顿催化剂降解废水中的水杨酸
- DOI:10.1016/j.jece.2021.105589
- 发表时间:2021-08-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Manoj Silva;J. Baltrus;C. Williams;A. Knopf;Lihua Zhang;J. Baltrusaitis
- 通讯作者:J. Baltrusaitis
Iron dissolution and speciation from combustion particles under environmentally relevant conditions
环境相关条件下燃烧颗粒中铁的溶解和形态
- DOI:10.1071/en23022
- 发表时间:2023-01
- 期刊:
- 影响因子:4.3
- 作者:Szady, Cecily;Picarillo, Grace;Davis, Emily J.;Drapanauskaite, Donata;Buneviciene, Kristina;Baltrusaitis, Jonas;Navea, Juan G.
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- 发表时间:2018-01
- 期刊:
- 影响因子:4.9
- 作者:Casali, Lucia;Mazzei, Luca;Shemchuk, Oleksii;Honer, Kenneth;Grepioni, Fabrizia;Ciurli, Stefano;Braga, Dario;Baltrusaitis, Jonas
- 通讯作者:Baltrusaitis, Jonas
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含有合成营养物的废水中低浓度的 Cu 2 抑制 MgCO 3 向鸟粪石的转化
- DOI:10.1039/d0ew01035a
- 发表时间:2021-03
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Barčauskaitė, Karolina;Drapanauskaitė, Donata;Silva, Manoj;Murzin, Vadim;Doyeni, Modupe;Urbonavicius, Marius;Williams, Clinton F.;Supronienė, Skaidrė;Baltrusaitis, Jonas
- 通讯作者:Baltrusaitis, Jonas
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