电解锌阳极氧化膜铅污染释放与分层结构成膜破膜过程交互影响机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877392
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0707.环境地球化学
  • 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

Lead based alloy is most widely used as anode material in electrolytic zinc industry, and the oxide film formed on the surface of anode caused by corrosion is the biggest source of lead pollution. Lead fall off and released as high lead anode slime, and caused serious pollution by producing waste water and waste gas containing lead, threating to the ecological environment and the health of the masses. It is the key of controlling the lead pollution from its source to block the liquid phase transport corrosion channel in the anodic oxide film.However,the microstructure, spatial distribution, formation mechanism of the liquid phase transport corrosion channel and the mechanism of lead release process are not yet clear, and lack of the theoretical basis for effectively controlling the membrane structure to inhibit the release of lead.The project aims to carry out innovative research on the liquid transport channels,such as layers, cracks and tunnels, which are the main contributor to lead anode corrosion pollution. Analyze the evolution regulation of temporal-spatial distribution of the above structure in the oxide film under the typical conditions of zinc electrowinning, and investigate the influences of the main factors on the formation of oxide film structure and the lead release process.Finally, reveal the complex mechanisms of different layered structure of oxide film formed by two reverse effects of “film forming, film rupture”, which are dominate by three types of competitive electrode reactions of“lead oxidation, manganese deposition, and oxygen evolution”, and clarify the interaction effect between the lead pollution release and layered structure caused by “film forming, film rupture”.The research results can guide the directional construction of the specific corrosion-resistant film structure on the surface of lead anode and provide an important theoretical method for resolving serious lead pollution from source in electrolytic zinc industry.
铅基合金是电解锌行业应用最普遍的阳极材料,阳极表面腐蚀形成的氧化膜是铅污染最重要的来源,主要以含铅阳极泥危废脱落释放造成严重污染,并产生含铅废水和废气,威胁生态环境和群众健康。阻断氧化膜中液相传输腐蚀通道是源头控制铅污染的关键,然而液相传输腐蚀通道的结构组成、空间分布、形成机理及铅污染释放过程机制尚不清楚,有效调控膜层结构遏制铅污染释放的理论依据缺乏。本项目拟对氧化膜铅污染起主要贡献的液相传输通道-分层、裂纹和隧洞开展创新性研究。分析典型电解条件下氧化膜中上述结构的时空分布变化规律,考察主要因素对氧化膜结构形成和铅污染释放过程的影响,揭示“铅腐蚀、锰沉积、氧析出”三类电极竞争反应调控“成膜破膜"两大反向效应进而形成不同氧化膜分层结构的作用机理,阐明铅污染释放和分层结构成膜破膜之间的交互影响机制。研究成果可指导铅基阳极特定耐蚀膜层结构定向构筑,为电解锌行业源头解决严重铅污染提供重要理论方法。

结项摘要

我国锌产量连续30年稳居世界首位,世界上超 85%的金属锌通过湿法电积提取,均采用铅基阳极(含铅≥99%)。铅基阳极是电解车间引入的最大铅污染源,铅腐蚀造成我国电解锌行业每年15 万吨铅腐蚀、30万吨阳极泥危废产生,是造成血铅重特大污染事件的主要元凶之一。同时,每年造成的资源价值损失和治污投入达 19 亿元,易引发环境、经济和社会等矛盾问题。阳极铅污染源头防控是电解锌行业高质量发展的重大需求和共性难题。本项目旨在研究并揭示造成阳极铅持续腐蚀污染的主要结构阳极表面氧化膜(AOF)的关键成因与致污机制。依托全国第三大电解锌企业的生产现场、结合模拟电解槽定量分析了铅基阳极产污、耗能的动态演变过程规律。基于电化学工作站、SEM、EDX、XPS等多种分析表征手段,研究揭示了锌电解铅基阳极“铅腐蚀、锰氧化、氧析出”3类竞争反应驱动AOF“成膜、修膜、破膜”3大效应,进而导致“铅腐蚀污染、阳极泥危废产生、氧析出耗能”3种影响的动态微观耦合机制。考察了温度、时间、电流密度、Mn2+浓度关键工艺参数条件的改变对铅基阳极AOF结构组成的影响。阐明了Mn2+不同氧化成膜路径机制,通过工艺参数协同调控实现了定向制备不同物理结构和电化学特性的AOF。提出了铅基阳极制膜封铅技术方法,可协同实现锌电解过程控铅、减泥、降能三方面正效应,为有效调控阳极膜层结构、从源头遏制铅污染释放提供了理论依据和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Size effect of γ-MnO2 precoated anode on lead-containing pollutant reduction and its controllable fabrication in industrial-scale for zinc electrowinning
γ-MnO2预涂阳极对铅污染物减排的尺寸效应及其工业规模可控制备锌电积
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.132457
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Feilong Zhang;Jiane Zuo;Wei Jin;Fuyuan Xu;Linhua Jiang;Duoxiang Xi;Yucheng Wen;Jianhui Li;Zhaosheng Yu;Zhiqiang Li;Ruichao Xu;Ge Zhang;Chao Zhou;Ning Duan
  • 通讯作者:
    Ning Duan
Lead release kinetics and film transformation of Pb-MnO2 pre-coated anode in long-term zinc electrowinning
Pb-MnO2预涂阳极长期锌电解过程中的铅释放动力学和膜层转化
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2020.124931
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wanqi Ye;Fuyuan Xu;Linhua Jiang;Ning Duan;Jianhui Li;Zizhen Ma;Feilong Zhang;Lujun Chen
  • 通讯作者:
    Lujun Chen
Development and validation of a real-time and non-destructive method for direct measurement of solid mixture based on reflection spectra
基于反射光谱的实时、无损直接测量固体混合物方法的开发和验证
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2022.134362
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Yong Liu;Ning Duan;Fuyuan Xu;Linhua Jiang;Wen Cheng;Yanli Xu;Guangbin Zhu
  • 通讯作者:
    Guangbin Zhu
A novel functional lead-based anode for efficient lead dissolution inhibition and slime generation reduction in zinc electrowinning
一种新型功能性铅基阳极,可有效抑制铅溶解并减少锌电解提取中的粘泥生成
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.124767
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Wanqi Ye;Fuyuan Xu;Linhua Jiang;Ning Duan;Jianhui Li;Feilong Zhang;Ge Zhang;Lujun Chen
  • 通讯作者:
    Lujun Chen
Dynamic evolution of structure-activity of anode on lead release and overpotential change in zinc electrowinning
锌电解过程中阳极结构-活性对铅释放和过电位变化的动态演化
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2022.138944
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Chemical engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Feilong Zhang;Fuyuan Xu;Linhua Jiang;Jiane Zuo;Wei Jin;Wanqi Ye;Siwei Zhuang;Ning Duan
  • 通讯作者:
    Ning Duan

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间歇循环式电化学反应器中过氧化氢合成的数学模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    应用基础与工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐夫元;宋天顺;沈树宝;王峰;陈英文;祝社民
  • 通讯作者:
    祝社民

其他文献

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金属锰电解过程复杂影响因素的数值模拟方法研究
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    青年科学基金项目

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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]
          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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