离子膜和脱气膜耦合强化技术在高盐氨氮废水中的资源化应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21676259
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

To solve the disadvantages of high chemical consumption, high pollution and low resource use efficiency in ammonia-nitrogen containing high salinity wastewater treatment, a process intensification of dense and microporous membrane will be proposed to achieve resource recycling in this kind of wastewater. Ion exchange membranes will be introduced in the degas membrane process for ammonia-nitrogen recycling. By taking advantage of the water dissociation in bipolar membranes, the produced proton and hydroxyl ions can be respectively applied as the supplied chemicals for ammonia dissociation and sorption. As a consequence, a chemical-free ammonia recycling technology can be obtained. Meantime, several novel cell configurations with bipolar membrane and mono-valent selective ion exchange membranes will be designed. These novel configurations are expected to realize one-step conversion of mix salts into high purity monoprotic and diprotic acids. The add-value of the salt resources in wastewater thus can be increased. Moreover, fouling in the membranes will be investigated. The tolerant concentrations of membranes against metal ions and organic matters will be evaluated. Possible mechanism for membrane fouling will be elucidated and the corresponding strategies to alleviate fouling will be proposed. Finally, the basic ion transfer principles in the membrane under a high salinity circumstance will be investigated to give some references for high saline specialized membranes design. Successful conduction of this project is expected to expand the examples of membrane process intensification in chemical engineering field, and to give some references for other cleaner production process. This project is also expected to lay some basis for green and environmental benign production in chemical industry.
针对氨氮高盐废水治理过程中化学品消耗高、污染大、资源利用率低的缺点,本项目拟通过致密膜-微孔膜集成强化实现氨氮资源和盐资源的综合化利用。通过把离子膜引入脱气膜氨回收过程,借用双极膜水解离产生的氢离子和氢氧根离子分别用于脱气膜氨氮吸收和解吸过程中的化学品供应源,现实无化学品添加的氨氮回收绿色新工艺。同时,通过双极膜和一二价离子选择性膜的创新膜池设计,有望实现混盐一步转化得到较高纯度的一元酸和二元酸,提升盐资源的附加值。此外,项目还将关注膜污染研究,获取双极膜和一二价离子选择性膜对金属离子和有机物的耐受情况,阐述膜污染发生机制,并提出相应的防治措施。最后,本项目还将揭示高盐条件下离子在膜内的传递规律,为高盐专用膜的研发提供理论支撑。本课题的顺利实施有望补充化学工程中膜过程强化的应用案例,对其他清洁生产过程研究也具有一定的借鉴意义,为我国化学工业的环境化和绿色化奠定科学与技术基础。

结项摘要

针对氨氮高盐废水治理过程中化学品消耗高、污染大、资源利用率低的缺点,本项目建立起一套双极膜-脱气膜耦合系统,借用双极膜水解离产生的氢离子和氢氧根离子分别用于脱气膜氨氮吸收和解吸过程中的化学品供应源,可实现在不消化酸碱化学试剂的条件下,从废水中选择性的提取氨氮。实验结果表明,当标准化电流密度在0.29mAcm-2(mg/min)-1时,脱氨最低能耗为63.59kJ/mol。针对高浓度氨氮(5000mg/L)废水,通过循环操作模式,对高浓度氨氮十个批次的提取效率都达到了99%,远高于“连续进料-连续出料”操作模式所获得的65.2%的提取率,且废水中的氨氮浓度低于10mg/L,同时获得139.07g/L的(NH4)2SO4作为副产品。但由于同离子迁移和浓差扩散,会导致酸室中氢离子从酸室泄露到盐室,导致提氨效率下降。同时,搭建起双极膜+一二价离子交换膜的新型膜池构型,实现了混盐一步转化得到较高纯度的一元酸和二元酸。实验发现制备无机酸的纯度随电流密度增加而显著下降。在电流密度10mA/cm2时,一元酸纯度92.3%-92.5%之间;而电流密度50mA/cm2时,一元酸浓度下降至65.1%-81.95%之间,推测主要是由于一二价离子交换膜的选择性由电流密度的增大而降低,且随着电解质浓度的下降而降低。另外,针对含盐废水"零排放"对盐浓缩过程中的"浓差渗漏"和"电渗漏"导致的水分子渗透现象,开发出“多级梯度电渗析浓缩”工艺。采用“多级-多段”电渗析梯度浓缩,可降低每一段浓淡室盐浓度比,有利于缓解电渗析过程中“水迁移”现象和提高电流效率,可将NaCl从3.5wt%分别浓缩到20.6wt%以上,能耗仅为12.37kWh/t。随着电渗析级数的增加,单个NaCl离子在电渗析迁移过程中所携带的水分子数量随电渗析级数的增加是逐步减少的。相关研究工作在AICHE Journal、Chemical Engineering Science、Journal of Membrane Science等期刊上发表论文12篇,申请发明专利5项。项目的顺利实施证明脱气膜和离子膜集成过程具有很好优越性,不仅实现高含盐废水的减排,还能对废水中氨氮等有价值资源进行回收利用,对其他清洁生产过程研究也具有一定的借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Purification of Methylsulfonylmethane from Mixtures Containing Salt by Conventional Electrodialysis
通过常规电渗析从含盐混合物中纯化甲基磺酰甲烷
  • DOI:
    10.3390/membranes10020023
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    MEMBRANES
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Wei, Xinlai;Wang, Yaoming;Xu, Tongwen
  • 通讯作者:
    Xu, Tongwen
A high-effective method to separate nicotine from the tobacco-specific carcinogen 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) mixtures using electrodialysis
一种利用电渗析从烟草特有致癌物 4-(甲基亚硝基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮 (NNK) 混合物中分离尼古丁的高效方法
  • DOI:
    10.12989/mwt.2017.8.3.245
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    MEMBRANE WATER TREATMENT
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ge, Shaolin;Li, Wei;Wang, Yaoming
  • 通讯作者:
    Wang, Yaoming
Investigation of key process parameters in acid recovery for diffusion dialysis using novel (MDMH-QPPO) anion exchange membranes
使用新型 (MDMH-QPPO) 阴离子交换膜研究扩散透析酸回收的关键工艺参数
  • DOI:
    10.1016/j.jtice.2018.08.009
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Irfan, Muhammad;Ul Afsar, Noor;Xu, Tongwen
  • 通讯作者:
    Xu, Tongwen
A sustainable valorization of neopentyl glycol salt waste containing sodium formate via bipolar membrane electrodialysis
通过双极膜电渗析对含甲酸钠的新戊二醇盐废物进行可持续增值
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2020.117563
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Wei, Xinlai;Wang, Yaoming;Xu, Tongwen
  • 通讯作者:
    Xu, Tongwen
Ammonia capture from wastewater with a high ammonia nitrogen concentration by water splitting and hollow fiber extraction
通过水分解和中空纤维萃取从高氨氮浓度废水中捕获氨
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2020.115934
  • 发表时间:
    2020-12-14
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yan, Haiyang;Wu, Liang;Xu, Tongwen
  • 通讯作者:
    Xu, Tongwen

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超高强活性粉末混凝土防护门抗破片试验
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    2016
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    --
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    徐铜文
电渗析技术清洁分离纯化肌氨酸
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
    汪耀明;李为;徐铜文
  • 通讯作者:
    徐铜文
新型通用离子交换膜的研究与实践
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国工程科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪耀明;吴亮;徐铜文
  • 通讯作者:
    徐铜文

其他文献

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汪耀明的其他基金

“废水采矿”:利用新型高性能离子交换膜实现水与无机盐的循环利用
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    2014
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    面上项目
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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