NMR研究褐煤基吸附剂处理费托合成水的吸附性能及分子间作用机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1710106
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Fischer-Tropsch synthesis is an important approach for modern coal chemical industry to prepare the clean liquid fuels. It is well known that there is even more water (Fischer-Tropsch wastewater) produced when the desired liquid fuel is obtained. Fischer-Tropsch wastewater is rich in acidic compositions; therefore, it is very difficult to handle or treatment. The development of cheap adsorbents will be an effective and practical way to solve the water pollution of Fischer-Tropsch synthesis. Brown coal occupy a well-developed pore structure, rich in functional groups with adsorption ability, thus, it is expected to be employed in Fischer-Tropsch synthetic water treatment. This project will follow the "deal wastewater of coal industry by brown coal" standard, and the brown coal and its active model component, humic acid, will be employed to treat treatment Fischer-Tropsch wastewater. The NMR spectroscopy will be fully utilized to identify and classify the pollutant molecules in Fischer-Tropsch wastewater. The identification of adsorption active functional groups in the brown coal will also be carried out. The model compound, humic acid, will be chosen to elucidate the intermolecular interactions in the adsorption process at the molecular level. The competition and synergy between the various pollutants will be examined, and the capturing the "complex" formed between the pollutant molecules and the humic acid will be carried out. Then the stability, diffusion coefficient and migration properties of the "complex" will be measured by NMR techniques. Finally, we will use the “in situ” solid state NMR device, to study the adsorption of real system, which is composed by solid-liquid two-phase, and the the adsorption mechanism will be proposed. This project will help the modern coal chemical industry to overcome the hindrance of wastewater treatment burden, and it will also promote the rapid and sustainable development of coal chemical industry.
费托合成是现代煤化工制清洁液体燃料的重要途径,在获得液体燃料的同时,会排放更大量的反应生成水。费托合成水呈酸性、成分复杂、处理难度大。研制廉价吸附剂是解决费托合成水污染的有效途径。褐煤具有发达的孔道结构、丰富的吸附活性官能团,有望用于费托合成水处理。本项目将遵循“以煤治煤”原则,利用褐煤及其活性组分腐殖酸吸附处理费托合成水。项目研究将首先通过NMR谱学表征,完成费托合成水中污染物分子的识别与分类;开展褐煤结构中吸附活性官能团的辨认和空间网络模型搭建;进而利用模型化合物腐殖酸,在分子层面上阐明吸附过程中的分子间相互作用、多种污染物分子间的竞争性和协同性、捕获污染物分子和腐殖酸间形成的“复合物”,测定其稳定性及扩散、迁移性能;最后,将利用准原位固体NMR装置,开展固液两相真实体系中的吸附研究,阐明吸附机理。本项目的实施将缓解现代煤化工面临的反应生成水排放压力,促进煤化工快速、可持续发展。

结项摘要

费托合成(Fischer-Tropsch synthesis, F-T)合成是20世纪20年代由Franz Fischer和Hans Tropsch提出的经典催化反应,该反应可将一氧化碳(CO)和氢气(H2)转化为液体燃料或含氧化合物,但同时也会产生大量的费托反应生成水。费托反应生成水中含有多种挥发性有机物(VOCs),如醇类、醛类、羧酸类、酮类等,这些污染物小分子会造成严重的环境问题。水处理已成为困扰费托合成工艺快速发展和工业化的瓶颈之一。褐煤具有发达的孔道结构、丰富的吸附活性官能团,可大规模用于费托反应生成水处理。NMR技术作为一种可以提供原位信息的非侵入性、非破坏性表征方法,可从分子层面探究吸附过程、有效避免样品固有信息的丢失。.本项目执行过程中,我们完成了褐煤基吸附剂和费托反应生成水收集、分类;发展了扩散排序谱、选择性激发全相关谱、定量氢谱、三维核磁共振谱、纯化学位移谱等多种高级液体NMR方法,用于表征以费托反应生成水为代表的复杂混合物体系;以丁醇异构体为模型化合物,研究了污染物小分子和腐殖酸的相互作用,阐明了污染物小分子结构对其与腐殖酸相互作用的影响;以丙酸和丁醇构建的二元模型体系为研究对象,考察了褐煤基吸附剂对费托反应生成水中的醇类物质和酸类物质的竞争性吸附,阐明了正丁醇与腐殖酸作用时包裹在腐殖酸的疏水区域,且不受溶液pH的影响。酸性条件下丙酸质子化,烷基链与腐殖酸的疏水作用为吸附驱动力,碱性条件下,丙酸羧基去质子化,羧酸根的亲水作用占主导地位;考察了褐煤,干酪根和两种铬改性干酪根(物理吸附铬离子和化学负载铬离子)对费托反应生成水的吸附性能、优化了吸附工艺;通过FTIR,XPS,TEM-EDS和SEM-EDS表征了Cr(VI)对干酪根中官能团的影响以及这些影响对吸附性能的调变规律,阐明了固液两相吸附机理。.通过上述研究工作,我们识别了褐煤基吸附剂结构中的吸附活性官能团,拓展了高级NMR方法的应用,揭示了不同化学性质的污染物分子与腐殖酸的作用模式,拓展了褐煤利用途径、丰富褐煤利用的化学基础理论。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Combination of pure shift NMR and chemical shift selective filters for analysis of Fischer-Tropsch waste-water
纯位移核磁共振和化学位移选择性过滤器的组合用于费托废水分析
  • DOI:
    10.1016/j.aca.2020.03.014
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Analytica Chimica Acta
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhao Qi;Liu Yu;Ma Hui;Qiao Yan;Chao Jianbin;Hou Xianglin;Wang Yuqi;Wang Yingxiong
  • 通讯作者:
    Wang Yingxiong
Isomeric distribution of monosaccharides in deep eutectic solvents: NMR study
单糖在低共熔溶剂中的异构分布:NMR 研究
  • DOI:
    10.1016/j.molliq.2018.01.166
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Molecular Liquids
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Wu Mengjie;Zhou Wei;Pedersen Christian Marcus;Ma Hui;Qiao Yan;Guo Xiaoya;Hou Xianglin;Wang Yingxiong
  • 通讯作者:
    Wang Yingxiong
DOSY Plus Selective TOCSY: An Efficient NMR Copbination for Analyzing Hydrogenation/Hydrogenolysis Mixtures of Biomass-Derived Platform Compounds
DOSY Plus 选择性 TOCSY:用于分析生物质衍生平台化合物的加氢/氢解混合物的高效 NMR 组合
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.7b03992
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Lyu Zexiang;Gao Fen-e;Wen Lizhu;Shi Kemeng;Ma Minjun;Li Chunju;Wang Yingxiong;Qiao Yan
  • 通讯作者:
    Qiao Yan
Pure shift NMR: Application of 1D PSYCHE and 1D TOCSY-PSYCHE Techniques for Directly Analyzing the Mixtures from Biomass-derived Platform Compound Hydrogenation/hydrogenolysis
纯位移 NMR:应用 1D PSYCHE 和 1D TOCSY-PSYCHE 技术直接分析来自生物质平台化合物加氢/氢解的混合物
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.0c06882
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    赵奇;马慧;Christian M. Pedersen;窦梦雨;乔岩;侯相林;齐永琴;王英雄
  • 通讯作者:
    王英雄
Characterization of the acidity and basicity of green solvents by NMR techniques
通过核磁共振技术表征绿色溶剂的酸度和碱度
  • DOI:
    10.1016/j.mrl.2021.100001
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chinese Journal of Magnetic Resonance
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    SHI Ke-meng;Christian Marcus Pedersen;CHANG Hui;SHI Jing;王英雄;乔岩
  • 通讯作者:
    乔岩

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其他文献

An Efficient Synthesis of Angelmarin and its Analogs
Angelmarin及其类似物的高效合成
  • DOI:
    10.1177/1934578x1701201215
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Natural Product Communications
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    刘苏友;许娜;刘丽君;王英雄;马大友
  • 通讯作者:
    马大友
Effect of Coordination Environment Surrounding Single Pt Site on Liquid Phase Aerobic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural
单Pt位点周围配位环境对5-羟甲基糠醛液相有氧氧化的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    朱万振;孟宇;杨朝鑫;赵峻;王洪亮;胡伟;吕广强;王英雄;邓天昇;侯相林
  • 通讯作者:
    侯相林
Facile synthesis of cyclopentapeptide, cyclo[Arg(NO2)-Gly-Asp(OBn)-D-Phe-Lys(Fmoc)], and its application in synthesis of integrintargeting anticancer conjugate
环五肽环[Arg(NO2)-Gly-Asp(OBn)-D-Phe-Lys(Fmoc)]的简便合成及其在整合素靶向抗癌缀合物合成中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    synthetic communications
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    马大友;钟桃;王龙龙;刘丽君;王英雄;刘苏友
  • 通讯作者:
    刘苏友

其他文献

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王英雄的其他基金

NMR研究D-乙酰氨基葡萄糖脱水制含氮呋喃化学品的机理及产物调控
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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