新型碳基材料高效活化过硫酸盐及其去除废水中抗生素的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21906092
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 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:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Sulfate radicals-based oxidation process (SOP) as a new-type advanced oxidation process has recently received extensive attention in the field of wastewater treatment. How to produce sulfate radicals by activating persulfate is the key of SOP. Currently, common activated methods including heat, UV and metal ions have some limitations. In this project, the metal and several nonmetallic heteroatoms co-doping will be adopted to modify the carbon materials, which can simultaneously increase the active sites and electron transfer capacity of carbon materials, further enhancing the catalytic activity and stability of carbon materials. Finally, the as-prepared materials will be used to active persulfate for the degradation of antibiotics in the wastewater. The main research contents include: (1) transition metal (iron and cobalt), sulfur and oxygen will be adopted to modify the graphitic carbon nitride. Then the modified graphite carbon nitride will be used as the precursor to synthesize nano metal-embedded nitrogen, sulfur and oxygen co-doped carbon nanotubes (M@O-S-N-CNTs); (2) based on the results of materials characterization, experimental analysis and density functional theory calculation, the mechanisms of persulfate activation by M@O-S-N-CNTs will be investigated deeply; (3) M@O-S-N-CNTs will be used to activate persulfate for the degradation of antibiotics in the wastewater, and the characteristics and mechanism of antibiotics degradation in the wastewater will be investigated in detail. The results of this project will provide new ideas and methods for activating persulfate to remove antibiotics from the wastewater.
硫酸根自由基氧化技术作为一种新兴的高级氧化技术,在水处理领域中的研究十分活跃。活化过硫酸盐产生硫酸根自由基是该技术的关键。目前常用活化方法,包括热、紫外和金属离子,都存在一定的缺陷。本项目拟利用金属和多种非金属杂原子共修饰碳材料,以增加碳材料的活性位点、增强电子转移能力,进而提高碳材料的催化活性和稳定性。利用新型的碳基材料活化过硫酸盐,并用于去除废水中抗生素。主要研究内容包括:(1)利用过渡金属(铁和钴)、硫和氧共修饰石墨相氮化碳,并以此为前驱体,制备纳米金属嵌入氮氧硫共修饰碳的新型纳米管材料(M@O-S-N-CNTs);(2)基于材料表征结果、实验分析,并结合密度泛函理论计算,探讨M@O-S-N-CNTs活化过硫酸盐的机理;(3)利用M@O-S-N-CNTs活化过硫酸盐降解废水中的抗生素,探讨抗生素的去除特性及机理。本项目研究成果将为活化过硫酸盐去除废水中的抗生素提供一种新的思路和方法。

结项摘要

本课题制备了系列碳基催化剂,包括非金属杂原子掺杂碳材料、非金属杂原子和金属原子共掺杂碳材料、碳载铁钴双金属材料、碳载铁基双活性位材料、磁性石墨相氮化碳和生物炭复合材料和碳载单原子钴材料。详细研究了上述材料活化PMS降解水中抗生素的特性和机理。探讨了溶液pH和无机阴离子等因素对上述材料活化PMS降解水中抗生素的影响及机制。通过对比分析上述材料的催化活性和活化机理,得出以下主要结论:1)非金属杂原子和金属原子共修饰可以显著改善碳材料的催化活性;2)温度可以调控氮掺杂碳材料活化PMS的机理,氮掺杂碳材料活化PMS降解水中磺胺类抗生素符合两阶段动力学;2)当多种非金属杂原子共掺杂时,掺杂量存在一个最优值;3)硫和钴共掺杂形成的钴硫化物具有优良的催化活性,硫的前驱体调控钴硫化物的类型4)双金属活性位可以增强催化活性和稳定性;5)双活性位的类型及含量可以调控PMS的活化途径;6)PMS活化产生的活性物种类型与催化剂得失电子能力相关;7)碳载单原子钴催化剂的钴原子利用率高,催化活性好,但有限的钴单原子活性位数量影响其催化稳定性;通过增加活性位可以提高碳载钴单原子催化剂的活性。8)基于PMS自身特性,开发了非自由基和自由基耦合工艺,该工艺能增强对水中磺胺类抗生素的矿化效果。本项目成果为开发新型高效、稳定、易回收的非均相催化剂的制备及其活化PMS降解水中抗生素提供理论基础和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Successive non-radical and radical process of peroxymonosulfate-based oxidation using various activation methods for enhancing mineralization of sulfamethoxazole
使用各种活化方法进行基于过一硫酸盐的连续非自由基和自由基氧化过程以增强磺胺甲恶唑的矿化
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.127964
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Wang Shizong;Wang Jianlong
  • 通讯作者:
    Wang Jianlong
Nitrogen doping sludge-derived biochar to activate peroxymonosulfate for degradation of sulfamethoxazole: Modulation of degradation mechanism by calcination temperature
氮掺杂污泥衍生生物炭活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑:通过煅烧温度调节降解机制
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2021.126309
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wang Shizong;Wang Jianlong
  • 通讯作者:
    Wang Jianlong
Degradation of sulfamethoxazole using peroxymonosulfate activated by cobalt embedded into N, O co-doped carbon nanotubes
N、O共掺杂碳纳米管钴活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2021.119457
  • 发表时间:
    2021-08-12
  • 期刊:
    SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Wang, Shizong;Wang, Jianlong
  • 通讯作者:
    Wang, Jianlong
Synergistic effect of PMS activation by Fe0@Fe3O4 anchored on N, S, O co-doped carbon composite for degradation of sulfamethoxazole
N、S、O共掺杂碳复合材料上 Fe0@Fe3O4 活化 PMS 协同降解磺胺甲恶唑
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.131960
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wang Shizong;Wang Jianlong
  • 通讯作者:
    Wang Jianlong
Peroxymonosulfate Activation by Fe-Co-O-Codoped Graphite Carbon Nitride for Degradation of Sulfamethoxazole
Fe-Co-O共掺杂石墨碳氮化物活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑
  • DOI:
    10.1021/acs.est.0c03256
  • 发表时间:
    2020-08-18
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Wang, Shizong;Liu, Yong;Wang, Jianlong
  • 通讯作者:
    Wang, Jianlong

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  • 通讯作者:
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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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