好氧体系硫化零价铁界面动态交互机制研究与模型构建

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878387
  • 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:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 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

The passivation of iron oxide can reduce the reaction activity of zero valent iron (ZVI), sulfidation could be an effective strategy to tune the reactive properties of ZVI in favor of a broad range of contaminant removal processes, the existence of O2 in the aerobic system makes the reaction mechanism of sulfidation zero valent iron (S-ZVI) with the contaminants more complicated. The effect and mechanism of S-ZVI to contaminants are different due to different preparation methods and different pollutants. In this study, S-ZVI was prepared by different preparation methods and the effect of preparation on the surface morphology and characteristics of S-ZVI was also evaluated. The kinetics of organics and heavy metal pollutants removal using S-ZVI by different preparation methods were studied under the aerobic system and different oxygen concentrations. FeS may directly affect the corrosion of ZVI, and subsequently affect the production of Fe(II). The differences in the mechanism of different pollutants removal were also studied. By analyzing the morphology, structure, composition, surface area and surface roughness of S-ZVI, the mechanism of reaction acceleration is revealed from the micro aspects. The binary time series correlation analysis of C/C0, Fe(II), Eh, DO and pH were plotted to identify and distinguish the dominant controlling processes for contaminant removal. The role of FeS and regeneration of Fe(II) were also evaluated from this correlation analysis. Electrochemical test were designed to illustrate the electron transfer rate and electron acceleration transfer mechanism. The conceptual and quantitative models will be built which will explain the effects of sulfidation on the improvements of ZVI reactivity in aerobic environment. It can also predict the active sites on the surface of ZVI, reaction kinetics and the change of characteristic parameters and provides the theoretical foundation for mechanism.
铁氧化物的钝化作用会降低零价铁(ZVI)的反应活性,ZVI表面修饰一定的硫化物可以显著提高其对污染物的去除率,好氧体系中O2使硫化零价铁(S-ZVI)反应机理变得更加复杂。S-ZVI因制备方法、污染物种类不同其影响和作用机制也不相同。本研究以不同的方法制备S-ZVI,研究制备方法对S-ZVI表面形貌及特征的影响;研究氧气及不同浓度对不同制备方法制备的S-ZVI去除有机物及重金属污染物的动力学变化,FeS对ZVI的腐蚀促进以及固液界面Fe(II)释放规律,研究不同S-ZVI去除不同污染物机理的差异。通过对材料形貌、结构、组成、比表面积、表面粗糙度等分析,从微观层面揭示反应加速机理;通过对C/C0,Fe(II),Eh,DO以及pH等各参数时间序列相关性矩阵分析研究污染物去除机理。通过电化学手段研究硫化物对电子传递机制的影响。构建污染物去除动力学变化、表面反应活性位变化、DO变化模型。

结项摘要

本课题通过对零价铁(ZVI)进行硫化,以不同方法制备硫化零价铁(S-ZVI)。研究了制备方法对S-ZVI表面形貌及特征的影响,探索了S-ZVI去除有机物及重金属的动力学变化、FeS对ZVI的腐蚀促进及固液界面Fe(II)释放规律,分析制备方法和制备条件对去除动力学及界面作用机制的影响,揭示了污染物的机理,构建S-ZVI去除污染物的动力学模型。研究结果表明,Na2S、NaS2O4、Na2S2O3三种硫源制备的S-ZVI在结构、组分及性能上存在较大差异,Na2S为硫源制备的S-ZVI对Cr(VI)的去除效果最好。S-ZVI的表面由铁硫化物和铁氧化物组成,材料硫化的机理不随硫铁比改变而改变,S均匀地分布在材料内部,说明硫化过程向材料内部发生了扩散,不是普遍认为的核壳结构。硫化时间对S-ZVI性能有较大的影响,24 h时材料的性能达到最佳,制备体系的pH值也会影响S元素和ZVI之间的反应速率,pH为6时最佳。Fe(II)是还原去除Cr(VI)的主要电子供体,在pH为5时,Fe(II)的再生在Cr(VI)还原过程中起着重要作用,此时Fe(III)和Fe(0)反应产生的Fe(II)的再生率和利用率最高。氧气能够有效的促进ZVI的腐蚀以及提供电子供体,进一步释放Fe(II)。Cr(VI)去除过程反应速率常数随氧气浓度的增大而增大,当氧气浓度由0%增大到50%时,Cr(VI)去除效率由30%提升到100%。构建的溶解氧驱动钝化模型对于ZVI在不同条件下去除橙黄I的数据具有普适性,模型拟合数据和原始数据的吻合程度非常好。本课题创新性地研究了不同制备方法改性硫化铁去除污染物在好氧反应体系中的界面动态交互机制,构建了好氧体系中适用于S-ZVI去除污染物的普适性模型,对于丰富和进一步了解S-ZVI在水环境中的应用具有重要的指导价值。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Enhanced sequestration of Cr(VI) by copper doped sulfidated zerovalent iron (SZVI-Cu): Characterization, performance, and mechanisms
铜掺杂硫化零价铁 (SZVI-Cu) 增强 Cr(VI) 螯合:表征、性能和机制
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.02.058
  • 发表时间:
    2019-06-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Jia, Tiantian;Zhang, Bingliang;Xu, Chunhua
  • 通讯作者:
    Xu, Chunhua
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Gao Xuyan;Zhang Yue;Li Fengmin;Tian Boyang;Wang Xiao;Wang Zhiwei;Carozza Jesse C.;Zhou Zheng;Han Haixiang;Xu Chunhua
  • 通讯作者:
    Xu Chunhua
Phase evolution of the surface iron (hydr)oxides to the iron sulfide through anion exchange during sulfidation of zero valent iron
零价铁硫化过程中表面铁(氢)氧化物通过阴离子交换相演变为硫化铁
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2021.127486
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Fengmin Li;Yue Zhang;Boyang Tian;Zheng Zhou;Li Ye;Jesse C. Carozza;Wensheng Yan;Haixiang Han;Chunhua Xu
  • 通讯作者:
    Chunhua Xu
The sequestration of Cr(VI) by zero valent iron under a non-uniform magnetic field: An interfacial dynamic reaction
非均匀磁场下零价铁对 Cr(VI) 的螯合:界面动态反应
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.126057
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Zhang Yue;Gao Xuyan;Xu Chunhua
  • 通讯作者:
    Xu Chunhua
Reaching beyond the sulfided surface: Doping of copper cation to expand the pH tolerance range for SZVI
超越硫化表面:掺杂铜阳离子以扩大 SZVI 的 pH 耐受范围
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.132161
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Zhiwei Wang;Yue Zhang;Fengmin Li;Haixiang Han;Chunhua Xu
  • 通讯作者:
    Chunhua Xu

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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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