异原子共价掺杂石墨相氮化碳催化臭氧的界面作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808412
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The hazardous micropollutants, have been ubiquitously detected with very low concentration in water systems. Most of these compounds could be persistent in the environment for a long time and easy to accumulate in the organisms, which could pose a potential threat to aquatic ecosystem and human health. The proposed study, taking two typical hazardous micropollutants in the reclaimed water as the target pollutants, based on the optimization of catalyst structure, through the heteroatom covalent bond-doping modification of g-C3N4 and the structure performance analysis, aims to establish covalent bond-doping g-C3N4/O3 catalytic system, explore the degradation performance of the hazardous micropollutants, and further to explicit the key processes for the removal and transformation of the hazardous micropollutants. Thereafter, based on a variety of in-situ characterization and the isotope tracer methods, this study will clarify the transformation behavior of O3 on the different catalyst surfaces and the degradation of micropollutants in the catalyst interface, then to reveal the difference on the surface reactive sites and the interfacial mechanisms of heteroatom covalent bond-doping g-C3N4 in heterogeneous catalytic ozonation. Finally, the structure−activity relationships between the electronic characteristics of the different catalysts and the catalytic performance of heteroatom covalent bond-doping g-C3N4 will be elaborated by the density functional theory calculation. This project would provide theoretical basis for selection, synthesis and application of high efficiency and stable catalytic materials in catalytic ozonation system. It would also provide with the important basis of the theory and references of the technology with the results obtained in the study for searching for the novel approach of economic, high performance and environmental benefits to the removal of the hazardous micropollutants in wastewater treatment.
水系统中有害微量污染物多具有较强的环境持久性、生物活性及生物累积性,对生态系统和人类健康构成了潜在风险。本项目以回用水中典型有害微量污染物为研究目标物,以催化剂构型优化为出发点,通过石墨相氮化碳(g-C3N4)本征结构中金属和非金属共价掺杂及结构性能的表征,探讨异原子共价掺杂g-C3N4/O3多相催化体系对有害微量污染物的降解性能及影响因素,明确有害微量污染物的去除途径及关键转化过程;通过多种原位表征和同位素示踪手段考察O3在不同催化剂表面的转化行为及污染物在催化剂界面的降解过程,揭示异原子共价掺杂g-C3N4的表面反应活性位点及界面作用机制,借助密度泛函理论模拟计算深入明晰异原子共价掺杂g-C3N4的电子结构与催化性能之间的构−效关系。本项目为新型高效稳定臭氧催化剂的筛选和制备提供理论基础,亦为多相催化臭氧技术应用于水处理中实现有害微量污染物的去除提供技术支持。

结项摘要

目前,经济、高效、化学性能稳定及环境友好型的臭氧催化剂是臭氧催化氧化技术研究及应用的关键。针对传统催化剂稳定性差及界面作用机制不明等问题,在该项目的资助下,系统性地开展了新型异原子共掺杂g-C3N4复合材料的制备及表征、催化臭氧降解污染物的性能及其界面作用机制的研究。首先通过两步煅烧法及一步水热合成法制备了零价锌负载g-C3N4和氧修饰g-C3N4复合材料,两种材料具有优异的催化臭氧活性,能够实现水中阿特拉津的快速降解及矿化,具有宽泛pH值适用性及循环稳定性。多种表征结果揭示,异原子掺杂能够改变g-C3N4的晶体结构和电子分布,增强电子转移过程,形成部分结构缺陷及更多的活性位点,显著促进体系中活性氧物种的转化与生成,从而实现污染物的快速降解和矿化。异原子掺杂g-C3N4为高效稳定臭氧化催化剂应用与经济和环境友好的废水处理提供了可行性,在饮用水、回用水以及工业废水处理中具有广阔的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Insights into the activation of ozonation by hydroxylamine: Influential factors, degradation mechanism and reaction kinetics
羟胺臭氧化活化的见解:影响因素、降解机制和反应动力学
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2019.03.121
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Qin Wenlei;Yuan Xiangjuan;Sun Lei;Qiang Zhimin;Xia Dongsheng
  • 通讯作者:
    Xia Dongsheng
Catalytic ozonation oxidation of ketoprofen by peanut shell-based biochar: effects of the pyrolysis temperatures
花生壳生物炭催化臭氧氧化酮洛芬:热解温度的影响
  • DOI:
    10.1080/09593330.2020.1807610
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Environmental Technology
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Haiquan Li;Sijia Liu;Siwei Qiu;Lei Sun;Xiangjuan Yuan;Dongsheng Xia
  • 通讯作者:
    Dongsheng Xia
Construction of Ag2O-modified g-C3N4 photocatalyst for rapid visible light degradation of ofloxacin
Ag2O修饰g-C3N4光催化剂可见光快速降解氧氟沙星的构建
  • DOI:
    10.1007/s11356-020-11390-y
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Yin Huifen;Shi Hanlu;Sun Lei;Xia Dongsheng;Yuan Xiangjuan
  • 通讯作者:
    Yuan Xiangjuan
Ce-OMS-2的制备及其吸附氧氟沙星性能探究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    工业用水与废水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘洁;方轶;孙磊;袁向娟;夏东升
  • 通讯作者:
    夏东升
Enhanced catalytic ozonation towards oxalic acid degradation over novel copper doped manganese oxide octahedral molecular sieves nanorods
新型铜掺杂氧化锰八面体分子筛纳米棒增强催化臭氧降解草酸
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2019.02.094
  • 发表时间:
    2019-06-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Liu, Jing;Ke, Lingjie;Xia, Dongsheng
  • 通讯作者:
    Xia, Dongsheng

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其他文献

亚硫酸氢根活化高锰酸根氧化富里酸对消毒副产物生成势的影响
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2019.0059
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐垒;谢锐莉;董慧峪;袁向娟;李津;强志民
  • 通讯作者:
    强志民
结合态雌激素的检测方法及污染现状
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    环境化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱栟;贲伟伟;袁向娟;强志民
  • 通讯作者:
    强志民

其他文献

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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

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          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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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