MOFs衍生的多孔纳米碳宏观体构建及其水处理性能的影响因素研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902216
  • 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:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 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

The removal of pollutants from water by metal-organic framework (MOFs) is a promising solution to the problem of increasing water pollution. However, there are two important problems limiting their application. One is that MOFs may collapse in aqueous solution, and the other one is that, as nano powder, MOFs is difficult to recover and reuse. In our previous studies, we prepared a MOF/polymer monolith by the ice-templating method, and the monolith showed high adsorption capability and convenient recovery. Simultaneously, we found that the addition of MOFs to polymer can effectively prevent polymer from obvious shrink during carbonization and can reinforce the formed porous carbon monolith. However, it is still ambiguous that the rules by which MOFs will abide in the process of carbonization, and how the carbonized MOFs reinforce the porous carbon monolith. So, in the project we will carry out: the preparation and carbonization of MOFs and MOFs/polymer monolith, the stability research of as-prepared samples and evaluation of the pollutants adsorption capacity of the samples from waste water. Based on the studies, it is expected to find out the influence of carbonization process on properties of the formed samples and the rules that the carbonized MOFs reinforce porous carbon monolith. In addition, the relationship between adsorption capacity and structures will be concluded. The results of the project will provide a practical technical scheme for sewage treatment.
金属-有机骨架(MOFs)作为极具前景的水处理吸附剂,存在两个问题限制其应用:一、在水中可能出现晶体结构坍塌;二、作为纳米粉体,回收困难。针对一,可将MOFs转化为纳米多孔碳,以提高其化学稳定性;针对二,可将MOFs组装成宏观结构,以实现便捷回收。申请人通过冰模板法制备了MOF/聚合物块体,其碳化得到了具有分级孔结构的三维多孔碳宏观体,实现了稳定、高效的吸附和便捷的回收。同时发现MOFs在聚合物基体中一起碳化,能防止聚合物碳化收缩并增强宏观体的机械强度。然而,不同MOFs的碳化规律及碳化的MOFs增强碳宏观体的机理仍不清晰。为此,拟开展:MOFs及MOFs/聚合物块体制备、碳化,产物稳定性,产物吸附水中污染物等研究。旨在揭示MOFs衍生碳材料结构、性能的调控因素及机理,碳化的MOFs增强碳宏观体的机理和规律,建立结构与吸附性能之间的联系,为制备高效、稳定、易回收的水处理吸附剂提供优选方案。

结项摘要

废水再生是解决全球水资源危机的重要途经之一。吸附法是一种经济、高效、简单的废水处理方法。金属-有机骨架(MOF)材料作为极具前景的水处理吸附剂,在多种废水处理中表现出优异的性能。然而,部分MOF材料在溶液中的化学稳定性差,以及其粉末状态导致的回收困难限制了其规模化应用。为此,本项目合成了多种MOF材料并将其与聚合物复合制备了MOF/聚合物复合块体。进一步在惰性气氛中将MOF及MOF/聚合物转化成了衍生的碳纳米颗粒和多孔碳块体材料。对得到的材料进行了微观结构、表面化学、孔结构特征、染料吸附性能等评价。结果表明通过控制原料中2-甲基咪唑的比例能够调控生成的ZIF-8颗粒的尺寸。将ZIF-8,UiO-66在惰性气氛中碳化能得到与其母体形貌类似的碳颗粒材料。通过冰模板法可以方便地制备出MOF/聚合物复合块体材料,且冰晶在形成的过程中能使MOF颗粒和高分子链重新排布,冰晶冻干后能在材料中形成大孔结构。静电纺丝的方法也易于实现MOF和高聚物的复合。将MOF/聚合物块体在惰性气氛中碳化能得到具有分级孔结构的多孔碳块体材料,且MOF材料的加入能够降低聚合物在碳化过程中体积的收缩。制备的MOF、MOF/聚合物及它们的衍生碳材料对废水中的染料分子能有效吸附去除。ZIF-8衍生的碳材料对亚甲基蓝的吸附能力能达到1461.988 mg g–1,UiO-66/chitosan复合块体对刚果红的吸附容量能达到246.91 mg g–1。MOF/聚合物复合块体及其衍生碳块体材料相比于MOF及其衍生的碳颗粒材料更易于回收,能大大加快水处理的进程。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ice- and MOF-templated porous carbonaceous monoliths for adsorptive removal of dyes in water with easy recycling
冰和 MOF 模板多孔碳质整体材料用于吸附去除水中的染料且易于回收
  • DOI:
    10.1016/j.envres.2020.109608
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Research
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Fu Qingshan;Zhang Lei;Zhang Haifei;Chen Xuedan;Li Mingtian;Gong Min
  • 通讯作者:
    Gong Min
金属-有机框架材料对废水中污染物的吸附研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    附青山;张磊;张伟;Ismail Pir Muhammad;陈雪丹;龚敏;何平;王祖波
  • 通讯作者:
    王祖波
An effective pre-burning treatment boosting adsorption capacity of sorghum distillers' grain derived porous carbon
一种有效的预燃烧处理提高高粱酒糟衍生多孔碳的吸附能力
  • DOI:
    10.1007/s00127-017-1378-9
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Chao Chen;Qingshan Fu;Xuedan Chen;Gang He;Jiankang Ye;Conghui Zhou;Kerun Hu;Liu Cheng;Mingjia Zhao
  • 通讯作者:
    Mingjia Zhao
Facile yet versatile assembling of helical carbon nanofibers via metal-organic frameworks burned in ethanol flame and their electrochemical properties as electrode of supercapacitor
通过在乙醇火焰中燃烧的金属有机骨架轻松而通用地组装螺旋碳纳米纤维及其作为超级电容器电极的电化学性能
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2021.230908
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of power sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Wei Zhang;Qingshan Fu;Xuedan Chen;Zuxiao Yu;Naiqiang Liu;Yuping Sheng
  • 通讯作者:
    Yuping Sheng
Derivative carbon particles with different sizes from ZIF-8 and their adsorption capacity for MB
ZIF-8不同尺寸的衍生碳颗粒及其对MB的吸附能力
  • DOI:
    10.1007/s10853-023-08202-2
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Journal of Materials Science
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Mingzhu Wu;Xuedan Chen;Juan Du;Jiankang Ye;Ang Ye;Conghui Zhou;Qingshan Fu
  • 通讯作者:
    Qingshan Fu

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其他文献

Co3O4 nanoparticles Prepared by Precipitation
沉淀法制备 Co3O4 纳米粒子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李明田;附青山;杨瑞嵩;王红
  • 通讯作者:
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不同粒径的碳纳米管补强天然橡胶
  • DOI:
    10.1007/978-3-319-10082-1_4
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  • 作者:
    张华知;陈建;谢纯;附青山;宋亦兰
  • 通讯作者:
    宋亦兰
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  • 期刊:
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  • 作者:
    李明田;杨瑞嵩;附青山;黄俊
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    黄俊
热胀离解法研究结合胶填料网络性能
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    谢纯
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新型混合配体 Pb(II) 配位聚合物的合成、表征及热稳定性
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    附青山;曾宪光;杨瑞嵩;王成刚
  • 通讯作者:
    王成刚

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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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