蟹壳富钙生物炭吸附回收磷酸盐的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21707074
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    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

Biochar is promising in phosphorus recovery due to the fact that biochar is efficient in soil amendment and remediation, and phosphorus loaded biochar is more suitable for agricultural application compared to traditional phosphorus adsorbent. However, biochar from common lignocellulosic biomass is poor in bivalent or trivalent metal elements, and it is necessary to dope these elements into these common biochar to make it highly efficient in phosphorus adsorption, like the lanthanum-doped biochar prepared in our previous study. Considering this, we put forward a novel strategy to directly prepare biochar-based phosphorus adsorbent from calcium-rich waste biomass of crustacean (e.g., crab shell). We have conducted the preparation and characterization of calcium-rich biochar from crab shell, and confirmed its high performance in phosphorus adsorption. Herein, the overarching objective of this study is to provide theoretical basis for phosphorus recovery by calcium-rich biochar from crab shell. The specific aims of this study are to investigate the macro- and micro-mechanisms of phosphorus adsorption by static and dynamic adsorption experiments and various physical and chemical analysis methods, to establish relations between physicochemical properties and phosphorus adsorption performance, to reveal phosphorus speciation of biochar after phosphorus adsorption and specify key influencing factors, to elucidate the phosphorus release characteristics of phosphate-loaded calcium-rich biochar, and to analyze phosphorus availability of phosphorus-loaded calcium-rich biochar in soil as slow-releasing phosphorus fertilizer. The results of this study can enrich the methods for preparation of biochar-based phosphorus adsorbent and provide a new material for phosphorus recovery from wastewater.
生物炭具备土壤改良与修复等功能,其磷吸附产物更适宜于农业应用,因此生物炭在磷回收方面具有重要的应用前景。然而常规木质纤维生物质来源的生物炭中二价或三价金属元素的含量较低,需要额外掺杂这些成分才能使其具备高效磷吸附功能,如申请人在前期研究中制备的掺镧生物炭。针对这一问题,申请人提出了利用钙含量高的蟹壳等甲壳类废弃生物质为原料直接制备生物炭基磷吸附材料的新途径,在前期研究中已制备了蟹壳富钙生物炭并分析了其理化性质,初步验证了其较高的磷吸附性能。在此基础上,本研究将利用静态和动态吸附实验方法及多种理化表征手段指明其吸附磷酸盐的宏观及微观机理,明确其吸附磷酸盐的构效关系,解析其磷吸附产物磷形态的分布规律及关键影响因素,指明磷吸附产物的磷释放特征及在土壤中作为缓释磷肥的有效性,最终为其在磷回收中的应用提供理论基础。本研究的结果将丰富生物炭基磷吸附材料的制备途径,并为废水磷回收提供新材料。

结项摘要

近年来生物炭的研究及应用得到的迅猛的发展,但目前生物炭主要来源于木质纤维生物质,而非甲壳类废弃生物质。因此本项目以蟹壳为代表性甲壳废弃物,考察了不同温度条件下所得的蟹壳富钙炭的理化性质,并通过批吸附实验及理化表征手段考察了蟹壳炭对磷酸盐、染料和抗生素等多种类型污染物的吸附性能及机理。研究结果表明,蟹壳炭具有层状纳米结构、超低的C/N、超大的石墨相区尺寸、超高的zeta电位和超丰富的矿物质钙(碳酸钙或氧化钙),这些特征明显区别于常见的木质纤维生物质来源的生物炭。正是由于蟹壳炭的这些性质,使得蟹壳炭对多种污染物都具有高效的去除性能,如对磷的最大吸附量超过100mg/g,而对阳离子型染料孔雀石绿和阴离子型染料刚果红的最大吸附量更是分别可以超过10000和20000mg/g,对金霉素的最大吸附容量也可以达到1400mg/g。同时,蟹壳炭对有机污染物(如染料)具有超快的吸附速率,如吸附刚果红的平衡时间小于2分钟。另外本项目也首次证明了蟹壳炭在低浓度金霉素中主要通过吸附来去除金霉素,而在高浓度金霉素中则是通过絮凝来去除金霉素。因此本项目的研究结果可以为甲壳类废弃生物质的资源化利用提供新的途径,也可以为环境污染的治理提供新型高效材料。目前蟹壳炭的制备及应用已获得授权发明专利1项。

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)
Procedural growth of fungal hyphae/Fe3O4/graphene oxide as orderedstructure composites for water purification
真菌菌丝/Fe3O4/氧化石墨烯作为水净化有序结构复合材料的程序生长
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2018.08.215
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Zhu Wenkun;Lei Jia;Li Yi;Dai Lichun;Chen Tao;Bai Xueyuan;Zhou Jian;Wang Liang;Duan Tao
  • 通讯作者:
    Duan Tao
Biochar-mediated enhanced ethanol fermentation (BMEEF) in Zymomonas mobilis under furfural and acetic acid stress
糠醛和乙酸胁迫下运动发酵单胞菌中生物炭介导的强化乙醇发酵(BMEEF)
  • DOI:
    10.1186/s13068-020-1666-6
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wang Wei-ting;Dai Li-chun;Wu Bo;Qi Bu-fan;Huang Tian-fang;Hu Guo-quan;He Ming-xiong
  • 通讯作者:
    He Ming-xiong
Bioassembly of fungal hyphae/carbon nanotubes composite as a versatile adsorbent for water pollution control
真菌菌丝/碳纳米管复合材料的生物组装作为水污染控制的多功能吸附剂
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2018.01.134
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Zhu Wenkun;Li Yi;Dai Lichun;Li Jiwei;Li Xianyin;Li Wei;Duan Tao;Lei Jia;Chen Tao
  • 通讯作者:
    Chen Tao
Interaction between chlortetracycline and calcium-rich biochar: Enhanced removal by adsorption coupled with flocculation
金霉素与富钙生物炭之间的相互作用:通过吸附和絮凝增强去除效果
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122705
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Xu Qi;Zhou Qin;Pan Minmin;Dai Lichun
  • 通讯作者:
    Dai Lichun
Natural polymer konjac glucomannan mediated assembly of graphene oxide as versatile sponges for water pollution control
天然聚合物魔芋葡甘聚糖介导的氧化石墨烯组装作为水污染控制的多功能海绵
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2018.08.133
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Chen Tao;Shi Peiheng;Zhang Jian;Li Yi;Duan Tao;Dai Lichun;Wang Liang;Yu Xiaofang;Zhu Wenkun
  • 通讯作者:
    Zhu Wenkun

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其他文献

改性当地土壤技术修复富营养化水体综合效果研究:II.底栖动物群落结构和多样性的响应
改良当地土壤技术及富水体效果研究:二.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尚媛媛;潘纲;代立春;李梁;李宏;毕磊;王丹;李巧霞;龚志军
  • 通讯作者:
    龚志军
改性当地土壤技术修复富营养化水体综合效果研究:I.水质改善的应急与长期效果与机制
  • DOI:
    10.18307/2012.0601
  • 发表时间:
    2012-11-06
  • 期刊:
    Journal of Lake Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘纲;代立春;李梁;尚媛媛;李宏;毕磊;何林宸;王丽静;王丹;李巧霞;黎丽雯;古小治;钟继承;余育和;颜庆云
  • 通讯作者:
    颜庆云
改性当地土壤技术修复富营养化水体的综合效果研究:III.模拟湖泛水体的应急治理效果
  • DOI:
    10.18307/2013.0305
  • 发表时间:
    2013-05-06
  • 期刊:
    Journal of Lake Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    代立春;潘纲;李梁;李宏;毕磊;尚媛媛;王丽静;王丹;张洪刚;李巧霞;古小治;钟继承
  • 通讯作者:
    钟继承

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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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