基于金属有机骨架纳米复合材料的生物-光-电体系强化有机微污染物降解效能与机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21906037
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 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

Organic micro-pollutants in water have the effects of permanence and bioaccumulation, which will destroy the biological metabolism cycle and the stability of the ecosystem. In this research topic, the key problems of the typical organic micro-pollutants removal in refractory wastewater are discussed, such as the low efficiency of degradation and mineralization, the ambiguity of degradation mechanism and the unclear transformation pathway. A nanomaterial based on metal-organic framework as a photoelectric catalyst for the electrode materials is prepared by surface in-situ self-assembly technology. The related mechanism between preparation, microstructure and photocatalytic activity of the photocatalytic materials is studied to determine the optimal preparation method that suitable for oxidation and reduction of typical micro-pollutants. On this basis, an integrated bio-photo-electrocatalytic system is developed, and the mechanisms of photocatalytic oxidation of bioanode and photocatalytic reduction of biocathode on the removal of micro-pollutants are clarified. Furthermore, the degradation mechanism and electron transfer mechanism of micro-pollutants in the system are explored to analyze the synergistic mechanism of microorganisms, photocatalysis, and electrocatalysis. In addition, the micro-photo-electro integrated system is built by integrating bioelectrochemical technology with the existing biological wastewater treatment processes to achieve the degradation and mineralization of refractory organic micro-pollutants, and to establish a comprehensive evaluation system for processes stability. It provides a theoretical basis and technical basis for the removal of organic micro-pollutants in the water/wastewater.
水体中有机微污染物具有持久性和生物累积效应,会破坏生物代谢循环和生态系统稳定性。本课题针对难降解废水中典型有机微污染物的降解矿化效能低、降解机制和转化途径不明确等关键问题,开发一种利用表面原位自组装技术制备的金属有机框架纳米材料作为光电催化剂,研究制备、微观结构、光电催化效能三者间的关联机制,确定适用于典型微污染物氧化还原的光催化材料制备方法;构建生物-光-电协同作用体系,阐明体系中光催化氧化生物阳极和光催化还原生物阴极对微污染物去除的作用机理,解析该技术体系中微污染物的降解机制及电子传递机制,揭示生物、光、电三者的协同作用机制;构建生物-光-电一体式耦合体系,将生物电化学技术与现有废水生物处理工艺结合,以实现难降解有机微污染物降解及矿化,并建立生物-光-电一体式工艺稳定性的综合评价体系。为推动水体中新兴有机微污染物的去除提供理论依据和技术基础。

结项摘要

生物电化学技术能够将微生物的电化学活性和降解功能结合,在难降解污染物方面具有重要潜力和开发价值,并逐渐成为一种处理难降解废水中有毒有机化合物的新型废水处理技术。针对污染物降解矿化效能低、降解机制和转化途径不明确等问题,本课题首先制备并优化了一种MOF复合材料UiO-66-NH2x@Mg/Al-LDHy,对材料的性能进行了优化表征,强化了污染物的催化去除达98%。其次构建生物电化学耦合体系,优化关键调控参数外加电压为0.7 V,溶解氧浓度3-4 mg L-1,生物填料填充率为40%时,效果最好,污染物去除率95%,COD去除率87%。进而解析污染物的降解途径及转化机制,揭示电极在污染物降解中的预处理和附着微生物的深度处理。最后建立了一体式耦合工艺,优化和调控一体式反应器对混合污染物去除的主控运行参数,解析污染物的降解转化规律,建立体系耦合及匹配机制,使得污染物去除率为95.2%,COD去除率为93.6%,总氮去除率为30%,氨氮去除为75%,并达到稳定运行效果及出水水质。这对于废水中难降解有机污染物的高效去除具有良好的应用价值。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Simultaneous chromium removal and lipid accumulation by microalgae under acidic and low temperature conditions for promising biodiesel production
微藻在酸性和低温条件下同时去除铬和积累脂质,有望生产生物柴油
  • DOI:
    doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128515
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xueting Song;Bing-Feng Liu;Fanying Kong;Qingqing Song;Nan-Qi Ren;Hong-Yu Ren
  • 通讯作者:
    Hong-Yu Ren
Improved decolorization and mineralization of azo dye in an integrated system of anaerobic bioelectrochemical modules and aerobic moving bed biofilm reactor
厌氧生物电化学模块和好氧移动床生物膜反应器集成系统中偶氮染料脱色和矿化的改进
  • DOI:
    doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127147
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fanying Kong;Hong-Yu Ren;Dong Liu;Zilong Wang;Jun Nan;Nan-Qi Ren;Qiang Fu
  • 通讯作者:
    Qiang Fu

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其他文献

Ultrasonic enhanced simultaneous algal lipid production and nutrients removal from non-sterile domestic wastewater
超声波增强同时从非无菌生活废水中产生藻类脂质并去除营养物
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任宏宇;朱甲妮;孔凡英;邢德峰;赵磊;马军;任南琪;刘冰峰
  • 通讯作者:
    刘冰峰
Enhanced co-production of biohydrogen and algal lipids from agricultural biomass residues in long-term operation
在长期运行中增强农业生物质残留物中生物氢和藻脂的联产
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任宏宇;孔凡英;赵磊;任南琪;马军;南军;刘冰峰
  • 通讯作者:
    刘冰峰
Enhanced biomass and lipid accumulation of mixotrophic microalgae by using low-strength ultrasonic stimulation
利用低强度超声波刺激增强混合营养微藻的生物量和脂质积累
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Bioresource Technology (IF=5.807)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任宏宇;肖若楠;孔凡英;赵磊;邢德峰;马军;任南琪;刘冰峰
  • 通讯作者:
    刘冰峰
Continuous energy recovery and nutrients removal from molasses wastewater by synergistic system of dark fermentation and algal culture under various fermentation types
暗发酵与藻培养协同系统在不同发酵类型下连续回收糖蜜废水中的能量并去除营养物质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    任宏宇;孔凡英;马军;赵磊;谢国俊;邢德峰;郭婉茜;刘冰峰;任南琪
  • 通讯作者:
    任南琪
抑制番茄叶绿体DnaJ蛋白基因的表达降低转基因番茄的抗高温能力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    植物生理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孔凡英;邓永胜;尹波;吕巍;孟庆伟
  • 通讯作者:
    孟庆伟

其他文献

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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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