多级孔碳monolith阴极产•OH的原理及矿化难降解有机物的性能

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876021
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 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

Electro-Fenton is considered to be one of promising advanced oxidation technologies for the control of toxic pollutants reluctant to the conventional biological or chemical treatments. Benefiting from good mass transfer, its homogeneous type always performed high efficiency in decomposing pollutants. However, the disadvantages, such as rigorous restriction to pH value, iron hydroxide precipitate and suffering in catalyst separation, limited the practical application. Although the heterogeneous type may overcome these shortcomings, the slow interface reaction and long mass transfer distance have inhibited the production rate of •OH, which is several orders of magnitude lower than that of homogeneous type. Therefore, how to improve the efficiency of •OH generation is one of the most important scientific topics in this field. Inspiring by electrochemical filter, nanoreactor and sharp-tip effect for enhancing electric field, this project will fabricate a series of carbon monolith derived from nature wood and etch its channel with millimeter-diameter diameters to produce mesopores and millipores. The aim is to speed up H2O2 production, generate •OH via in-situ activation of H2O2 and bridge the distance between pollution and •OH to enhance mineralization. The results will be significant for not only the generation and utilization of •OH during electro Fenton process but also the application of hierarchical porous carbon monolith in other advanced oxidation processes.
电芬顿是最有应用前景的高级氧化技术(AOP)之一,在难降解有机物分解方面受到广泛关注。其均相形式具有传质方面的优势,可高效分解污染物,但存在必须在酸性条件工作、容易产生铁泥、催化剂分离困难等缺点。非均相形式可以克服上述缺点,但受界面反应速度及传质距离的限制,生成•OH的动力学常数比均相过程小几个数量级。本项目结合电化学过滤器、纳米反应器、尖端电场理论,提出可利用具有微米直径有序通道、通道表面有大量介孔和微孔的碳monolith阴极加快H2O2生成速率、原位产生•OH、缩短污染物传质距离,使污染物分解在原水流经多级孔电极过程中高效地完成,实现非均相体系获得接近均相反应效率。预期成果不但能提高电芬顿技术•OH产率和利用率,而且对促进这种新型monolith材料在其他AOP中应用具有借鉴价值。

结项摘要

电化学是工业废水深度处理及回用的关键技术之一。电化学技术通过电极与水的固液界面反应实施氧化还原去除污染物,强化污染物迁移到电极表面附近与电子、活性氢、•OH等活性物种的接触,可缩短停留时间、节能提效,是推动电化学技术规模化应用的关键。本项目研制出多通道碳monolith电极,通道直径10-50微米可控,通道壁上有大量直径1-5微米的孔,建立了通道壁含氧基团的调控方法,揭示了微通道、微孔、含氧基团与电化学还原溶解氧产H2O2和•OH的构效关系。将污染物到活性物种的扩散距离限制在微米尺度,实现了停留时间120s完全矿化污染物,速度与均相芬顿效率相当。提出微通道曝气电极的思路和方法,H2O2产量达到4.34 mg/(h∙cm2), 能耗仅7.35 kWh/kg,30 mL溶液30min反应累积浓度可达476mg/L,满足实际水处理去除COD的要求。发明了大面积木头碳微通道电极的制备方法,电极面积已做到2500cm2。建立了中空纤维膜阵列阴极、纳米FeOCl修饰木头碳电极的制备方法,探索了通过串并联放大反应器的方法,研制各类反应器3台,在氧还原产H2O2、活化H2O2产OH、有机物降解、海产养殖循环水硝酸根还原、工业循环冷却水硬度去除等方面的性能均明显优于普通电极和常用反应器。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Selective reduction of nitrate to ammonium over charcoal electrode derived from natural wood
通过天然木材制成的木炭电极将硝酸盐选择性还原为铵
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.131501
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Xue Li;Yuwei Gu;Shuai Wu;Shuo Chen;Xie Quan;Hongtao Yu
  • 通讯作者:
    Hongtao Yu
氧化方式对碳阴极产过氧化氢性能增强作用
  • DOI:
    10.7511/dllgxb202006003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    大连理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈辉;于洪涛
  • 通讯作者:
    于洪涛
Fabrication of FeOCl nanoparticles modified microchannel carbon cathode for flow-through electro-Fenton degradation of refractory organic pollutants
FeOCl纳米颗粒修饰微通道碳阴极的制备用于流式电芬顿降解难降解有机污染物
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2022.120661
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Separation and Purification Technology
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Lei Wang;Shuai Wu;Hui Chen;Wei Mao;Wenda Kang;Shuo Chen;Hongtao Yu;Xie Quan
  • 通讯作者:
    Xie Quan
Construction of a Microchannel Aeration Cathode for Producing H2O2 via Oxygen Reduction Reaction
氧还原反应生产H2O2的微通道曝气阴极的构建
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c14969
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Gu Yuwei;Wu Shuai;Cao Yujia;Liu Meng;Chen Shuo;Quan Xie;Yu Hongtao
  • 通讯作者:
    Yu Hongtao
Construction of a Microchannel Electrochemical Reactor with a Monolithic Porous-Carbon Cathode for Adsorption and Degradation of Organic Pollutants in Several Minutes of Retention Time
具有整体式多孔碳阴极的微通道电化学反应器的构建,用于在几分钟的保留时间内吸附和降解有机污染物
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b06266
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chunna Wang;Yuwei Gu;Shuai Wu;Hongtao Yu;Shuo Chen;Yan Su;Yunfei Guo;Xiaoting Wang;Hui Chen;Wenda Kang;Xie Quan
  • 通讯作者:
    Xie Quan

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Fabrication and Photoelectrochemical Performance of Si Nanowire Photoelectrode Structured with Quantum Size Surface
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    于师懿;于洪涛
  • 通讯作者:
    于洪涛
基于SRU的时域金字塔构建方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    智洪欣;于洪涛;李邵梅;高超
  • 通讯作者:
    高超
基于导波的钢管混凝土构件介质多相性及缺陷回波分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈杰
单晶TiN颗粒为前驱体制备TiO2薄膜及其光催化性能(英文)
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    苏景扬;于洪涛;马彬;全燮;董星龙;黄昊;SU Jing-yang1,YU Hong-tao1,MA Bin1,QUAN Xie1,DONG;2.School of Material Science;Technology,Dalian
  • 通讯作者:
    Technology,Dalian
基于项目流行度和新颖度分类特征的托攻击检测算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于洪涛;周倩楠;张付志
  • 通讯作者:
    张付志

其他文献

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于洪涛的其他基金

纳米隧道结光催化剂的制备及其电荷迁移机制和污染控制性能研究
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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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