三维网络结构石墨烯/Fe@δ-MnO2水凝胶低温高活性催化矿化苯酚的研究

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基本信息

  • 批准号：
    21866032
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    42.0万
  • 负责人：
    杨文娟
  • 依托单位：
    榆林学院
  • 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

Thorough removal of organic pollutants in water with energy-saving method at room temperature is one of the important water pollutant control research. The catalyst δ-MnO2 is widely used in the catalytic degradation of low concentration organic compounds owing to strong oxidation. However, there are still many problems such as high catalytic reaction temperature, weak mineralization ability and need separation. In order to achieve complete mineralization and removal of organic pollutants, we prepared three-dimension network structure graphene /Fe@ δ-MnO2 with high activity and strong oxidation which could adsorb and enrich low concentration organic pollutants in water and the problems of separation and continuous flow degradation were solved. The imbedding of the catalyst MnO2 has realized the self regeneration of the adsorbents, the three-dimensional graphene structure solves the enrichment of phenol and accelerates the catalytic reaction rate. The local high temperature (200-300℃) produced by the contact interface between Fe and δ-MnO2 promotes the fracture of the chemical bond of phenol, accelerates the catalytic oxidation process and realizes complete mineralization. Based on the three-dimensional network structure of graphene /Fe@ δ-MnO2 with high surface area, the mechanism of in situ adsorption enrichment and degradation of low concentration organic pollutants in water was revealed. The law of formation of three-dimensional network structure and its influence on adsorption performance were revealed. The influence of anchoring location of catalyst and pollutant adsorption and enrichment at low temperature was revealed, providing a theoretical basis for wastewater treatment.
常温条件下以节能方式彻底净化工业排放含酚废水，是水污染物控制研究中的重要内容之一。能净化苯酚的强氧化δ-MnO2存在催化反应温度高、矿化能力弱、需要分离等问题亟待解决。本课题拟通过结构调控研制出石墨烯/Fe@δ-MnO2三维网络结构，对水中低浓度苯酚进行吸附富集-室温定点催化氧化降解，实现苯酚彻底矿化去除的研究，解决了二次污染、分离和连续流动降解问题。催化剂MnO2的嵌入实现了吸附材料自再生问题、三维石墨烯结构解决了苯酚的富集，加速了催化反应速率。 利用金属Fe吸光与δ-MnO2接触界面产生的局域高温（200-300℃），促进苯酚化学键的断裂，加速催化氧化过程，实现完全矿化。揭示催化材料的结构调控对含酚废水的吸附富集性能以及催化降解规律。揭示三维网络结构的形成规律以及对吸附性能的影响规律，揭示催化剂的锚定位置与污染物吸附富集低温催化降解的影响规律，为废水治理提供理论依据。

结项摘要

常温条件下以节能方式彻底净化工业排放含酚废水，是水污染物控制研究中的重要内容之一。能净化苯酚的强氧化δ-MnO2存在催化反应温度高、矿化能力弱、需要分离等问题亟待解决。酚类污染物的室温深度矿化是目前解决煤化工污染的重要难题。本文通过MnO2的优势暴露晶面(001)调节生长，产生的Jahn-Teller 效应诱导了晶面势调控，实现了室温条件下酚类污染物的深度矿化。研究结果发现纳米花结构MnO2具有密排堆积的层状结构，(100)晶面MnO2具有纳米球形貌且具有开口通道的晶体学结构。苯酚降解实验表明(100) MnO2较 (001) MnO2具有3倍的速率，超过30%的降解度，降低了约11KJ/mol 的反应活化能，60 ℃矿化度为37%。通过ESR以及DFT共同证实：(001) 晶面MnO2通过氧气与其表面空位耦合发生1个电子的转移产生超氧活性物种，(100)晶面MnO2通过氧气与其表面空位耦合发生2个电子的转移产生过氧活性物种，此活性物种为(100) MnO2 较(001) MnO2在反应速度提高，矿化度增加，及反应活化能降低的本质。此工作已经发表在了Applied catalytic B environment. 利用三维石墨烯结构可以实现对污染物的吸附富集-光催化协同原位净化。本文通过制备高氧化度的氧化石墨烯进一步增强了石墨烯复合磷酸铋气凝胶的光催化活性。根据对复合材料进行的SEM、FTIR、Raman、XRD、DRS等表征探究了氧化石墨烯对复合材料的形貌、结构以及光吸收特性的影响。高氧化度BiPO4/GA复合材料降解苯酚的表观速率常数约为商业复合材料的1.88倍。结果证实，高氧化度的氧化石墨烯大大提高了复合材料的光催化性能。此工作已经发表到Chemical Engineering Journal.

项目成果

期刊论文数量（30）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Prominent role of oxygen vacancy for superoxide radical and hydroxyl radical formation to promote electro-Fenton like reaction by W-doped CeO2 composites
氧空位对超氧自由基和羟基自由基形成的突出作用促进W掺杂CeO2复合材料的类电芬顿反应
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2021.149262
  • 发表时间：
    2021-02-19
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Li, Zhuang;Yang, Wenjuan;Hu, Wenping
  • 通讯作者：
    Hu, Wenping
MXene (Ti3C2) Vacancy-Confined Single-Atom Catalyst for Efficient Functionalization of CO2
用于 CO2 高效官能化的 MXene (Ti3C2) 空位限制单原子催化剂。
  • DOI：
    10.1021/jacs.8b13579
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of the American Chemical Society
  • 影响因子：
    15
  • 作者：
    Zhao Di;Chen Zheng;Yang Wenjuan;Liu Shoujie;Zhang Xun;Yu Yi;Cheong Weng-Chon;Zheng Lirong;Ren Fuqiang;Ying Guobing;Cao Xing;Wang Dingsheng;Peng Qing;Wang Guoxiu;Chen Chen
  • 通讯作者：
    Chen Chen
Atomically dispersed antimony on carbon nitride for the artificial photosynthesis of hydrogen peroxide
氮化碳上原子分散的锑用于过氧化氢的人工光合作用
  • DOI：
    10.1038/s41929-021-00605-1
  • 发表时间：
    2021-05-01
  • 期刊：
    NATURE CATALYSIS
  • 影响因子：
    37.8
  • 作者：
    Teng, Zhenyuan;Zhang, Qitao;Ohno, Teruhisa
  • 通讯作者：
    Ohno, Teruhisa
Multidimensional Integrated Chalcogenides Nanoarchitecture Achieves Highly Stable and Ultrafast Potassium-Ion Storage
多维集成硫属化物纳米结构实现高度稳定和超快的钾离子存储
  • DOI：
    10.1002/smll.201903720
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Small
  • 影响因子：
    13.3
  • 作者：
    Yang Chao;Feng Jianrui;Zhang Yelong;Yang Qifeng;Li Peihao;Arlt Tobias;Lai Feili;Wang Junjie;Yin Chaochuang;Wang Wei;Qian Guoyu;Cui Lifeng;Yang Wenjuan;Chen Yanan;Manke Ingo
  • 通讯作者：
    Manke Ingo
The interfacial charge transfer in triphenylphosphine-based COF/PCN heterojunctions and its promotional effects on photocatalytic hydrogen evolution
三苯基膦基COF/PCN异质结的界面电荷转移及其对光催化析氢的促进作用
  • DOI：
    10.1016/j.ijhydene.2021.02.176
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Tang Jie;Li Qi;Liu Yubing;Xu Naizhang;Wang Kaiqiang;Zhang Qitao;Yang Wenjuan;Fan Yining
  • 通讯作者：
    Fan Yining

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其他文献

中风患者康复运动中多通道肌间耦合特性分析
  • DOI：
    10.7507/1001-5515.201807025
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杜义浩;杨文娟;姚文轩;齐文靖;陈晓玲;谢博多;谢平
  • 通讯作者：
    谢平
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
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卵巢摘除对急性肝损模型鼠脑血管内皮细胞凋亡的影响
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  • 作者：
    郑小敏;孔斌;杨文娟;王燕蓉;崔岫;赵承军;黑常春;党玲;吴凯;沈新生;蔡玉芳;周文献
  • 通讯作者：
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基于小波包—交叉频率相干性的肌间耦合特性
  • DOI：
    10.7507/1001-5515.201908048
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杜义浩;白晓林;杨文娟;郑霖;谢平
  • 通讯作者：
    谢平

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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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