生物质水热炭可变组分的脱除、硫掺杂改性与土壤重金属(Pb2+)修复研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876030
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0605.土壤污染与修复化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Hydrophobic organic compounds, enriched in the surface of biomass based hydrochar, are variable components, which have high environmental risk. In this study, the removal mechanism for variable components of hydrochar will be firstly studied on the basis of hydrochar components characteristic. Accordingly, the environmental benefits promotion of variable components removed-hydrochar (VCRH), and the improvement remediation mechanism of Pb polluted soil by sulfur (S) doped VCRH will be further confirmed in our research. (1) To discern the demethanation trend of hydrochar by solvents desorption, the changes of C, H and O contents of hydrochar in the VK diagram will be carefully illustrated. (2) To expound the mechanism of environmental benefits promotion, the correlations between the DOM toxicity, carbon sequestration potential and Pb adsorption ability of VCRH with the materials characteristics will be determined, respectively. (3) The functional groups in the VCRH for the interaction with S doping will be studied to explain the adsorption mechanism of solution Pb by S doped VCRH. (4) The effects of soil conditions (pH, contents of organic matter and ions), VCRH properties, S doping content on the soil Pb immobilization will be studied. Accordingly, the remediation mechanisms of Pb polluted soil by S doped VCRH could be determined. (5) Lastly, we will assess the plant risks of soil remediated by S doped VCRH. Simultaneously, a technology for the remediation of heavy metal polluted soil by VCRH will be established in this study. A step by step approach to guide research content will be considered. This study is of great scientific significance to extend the sustainable application of hydrochar and technological development for the polluted soil remediation of heavy metal.
生物质水热炭富集的疏水性有机物是可变组分,具有高环境风险。本申请基于水热炭特点,研究水热炭可变组分的脱除机制、脱除可变组分后水热炭的环境效益提升、硫掺杂改性脱除可变组分后水热炭提高Pb污染土壤修复机制。分析溶剂脱除可变组分后水热炭的元素组成在VK图中的变化路径,阐明水热炭的脱甲烷机制;分析脱除可变组分后水热炭的释放DOM环境毒性、固碳能力和Pb吸附性能与材料属性关联,阐明水热炭环境效益提升机制;分析脱除可变组分后水热炭上与硫掺杂成键的官能团,解释硫掺杂水热炭与溶液Pb沉淀的提升固定机制;分析土壤条件(pH、有机质与离子含量),水热炭属性,硫掺杂量对固定Pb的影响,揭示硫掺杂水热炭修复Pb污染土壤的机制;评估硫掺杂水热炭修复Pb污染土壤的生物安全性,建立重金属污染土壤的改性水热炭修复技术。该项目研究内容层层递进,对于拓展生物质水热炭可持续性应用与土壤重金属污染修复技术发展具有重要科学意义。

结项摘要

生物质水热炭富集的疏水性有机物是一种高环境风险的组分,对其可变组分进行脱除不仅有利于减少水热炭的环境风险,也有利于水热炭的活化改性,以提高其对土壤中重金属的去除能力。项目研究发现,生物质水热炭富集的疏水性有机物可以通过溶剂进行脱除以减少DOM的释放。而脱除可变组分后的水热炭则可以通过NaHS对进行硫掺杂改性,以增加其表面的酸性官能团,进而提高材料对Pb污染土壤修复的能力(Pb > 250 mg/g)。在亚临界水热反应体系中,水热液组分是具有宽泛的分子量分布的聚合物。所得的高温水热液不仅在光照条件下能增强对Ag+的还原效果,也能直接消杀环境中的禽流感病毒(H1N1、H5N1和H7N9)和难消杀的芽孢杆菌,具有广谱性。此外,不同重金属污染生物质的水热反应体系中展示出不同的反应路径。生物质的水热产物能促进了As(V)向As(III)的转化,导致液相产物的毒性显著增加;而Cu则会富集在水热炭中(Cu0为主),并获得高附加值化学品(例如乙酰丙酸和乙酸)。项目进一步探究了含氮生物质在活化改性过程中其内源碱金属(如K,Na)与有机氮之间的关系,发现了内源金属易于与有机氮发生络合和碳热还原产生剧毒氰化物(如KCN),增加材料的合成风险。在此基础上,利用含杂原子的塑料废弃物与含氮生物质共热解,可以实现控制生物炭中的MCN生成,减少对生物的毒性效应。此外,通过引入了“一石三鸟”活化剂 KSCN,以实现氧置换反应而产生具有高表面积(1906 m2/g,微孔率≥ 82%)和 N/S 含量的N/S 共掺杂微孔碳材料,展示出优异的甲烷储存性能(0.15 g/g)和水净化能力。本项目研究成果为我国的生物质及其衍生水热炭的改性设计和可持续性应用与重金属污染修复技术的发展提供强有力的技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Biosafety of Human Environments Can Be Supported by Effective Use of Renewable Biomass
有效利用可再生生物质可以支持人类环境的生物安全
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Yu Fengbo;Zhao Wei;Qin Tao;Zhao Wang;Chen Yulian;Miao Xinyu;Lin Litao;Shang Hua;Sui Guodong;Peng Daxin;Yang Yi;Zhu Yongguan;Zhang Shicheng;Zhu Xiangdong
  • 通讯作者:
    Zhu Xiangdong
Conversion of Phosphorus and Nitrogen in Lincomycin Residue during Microwave-Assisted Hhydrothermal Liquefaction and Its Aapplication for Pb2 Removal
微波辅助氢气水热液化过程中林可霉素残渣中磷和氮的转化及其在除Pb2中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2019.07.103
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ahmad Shakeel;Zhu Xiangdong;Luo Jiewen;Shen Minghao;Zhou Shaojie;Zhang Shicheng
  • 通讯作者:
    Zhang Shicheng
Magnetic Biochar Production Alters the Molecular Characteristics and Biological Response of Pyrolysis Volatile-Derived Water-Soluble Organic Matter
磁性生物炭的生产改变了热解挥发物衍生的水溶性有机物的分子特征和生物响应
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.146142
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shang Hua;Wang Qian;Ok Yong Sik;Zhang Shicheng;Zhu Xiangdong
  • 通讯作者:
    Zhu Xiangdong
Molecular Characterization and Environmental Impacts of Water-Soluble Organic Compounds of Bio-Oil from the Thermochemical Treatment of Domestic Sewage Sludge
生活污水污泥热化学处理生物油水溶性有机化合物的分子表征及其环境影响
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.144050
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Shen Minghao;Zhu Xiangdong;Shang Hua;Feng Fei;Ok Yong Sik;Zhang Shicheng
  • 通讯作者:
    Zhang Shicheng
Organoarsenic Conversion to As(III) in Subcritical Hydrothermal Reaction of Livestock Manure
畜禽粪便亚临界水热反应中有机砷转化为 As(III)
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2020.123571
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Zhou Shaojie;Shang Hua;Luo Jiewen;Shen Minghao;Wang Qi;Zhang Shicheng;Zhu Xiangdong
  • 通讯作者:
    Zhu Xiangdong

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其他文献

纳米氧化锌的粒度控制与表征
  • DOI:
    10.5194/essd-7-349-2015
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张士成;李春和;李星国
  • 通讯作者:
    李星国
柠檬酸转运载体在蟑螂保幼激素合成中的研究进展 Functional Characterization of Citrate Carrier in the Biosynthesis of Juvenile Hormone in Cockroach
柠檬酸盐载体在蟑螂保幼激素生物合成中的功能表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张士成;黄娟
  • 通讯作者:
    黄娟
磷灰石超微粉对癌细胞作用的初步研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    武汉工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张士成;李世普;陈芳
  • 通讯作者:
    陈芳
磷灰石超微粉对骨癌Os-732细胞形态的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    武汉工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张士成;李成普;袁润章
  • 通讯作者:
    袁润章
聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高分子通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范利丹;吕相龙;秦刚;张士成;王方平;周瑞瑞
  • 通讯作者:
    周瑞瑞

其他文献

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张士成的其他基金

Pd/生物炭原位生成与低温低压催化木质素加氢制备芳香化合物反应过程调控机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
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典型抗生素菌丝体发酵残渣(药渣)的亚临界水热反应特性基础研究
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层状光催化剂纳米片静电组装制备复合薄膜光催化材料
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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