一维铁基双金属Fenton复合催化剂的构筑及其对水中多环芳烃污染物的降解与增效机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908218
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 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:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project dedicates to the design and synthesis of one-dimensional iron-based bimetallic Fenton-like composite catalyst and its enhanced removal mechanism for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). In order to solve the problems in Fenton-like catalysis system, including low regeneration rate of Fe3+ to Fe2+ and limited electron transfer rate on reaction interface, this project proposes to synthesize iron-based bimetallic carbon nanofiber composite catalyst with tunable component and structure. The enhanced heterogeneous Fenton-like catalytic performance of catalyst will be evaluated by using PAHs as a typical kind of micropollutants. The enhanced mechanism of catalytic activity will be clarified by studying the valence state of the catalyst interface, the change of the redox potential, the evolution of active radicals and finally the degradation process of PAHs at the catalyst interface. Then, the intrinsic relationship between the microstructure of the catalyst and the synergistic mechanism of PAHs removal will be established. Finally, the enhanced mechanism of synergistic effect between bimetallic species and one-dimensional architecture will be clarified. Through the research and exploration of these scientific problems, the technical problems of Fenton-like catalytic system will be solved. Heterogeneous Fenton-like catalyst with high activity and stability will be developed, which will also provide technical support for the efficient removal of refractory organic micropollutants.
本项目提出构筑一维铁基双金属类Fenton复合催化剂并开展其对典型污染物多环芳烃(PAHs)增效去除的研究思路。针对类Fenton催化体系面临的Fe3+/Fe2+转化慢及界面电子迁移速率受限的技术难题,形成以铁基双金属为活性中心、一维碳纤维为载体,组成及结构可调的一维铁基双金属类Fenton复合催化剂。阐明催化剂的金属中心以及载体结构的调变规律,重点围绕以PAHs为代表的目标污染物在一维铁基双金属类Fenton催化体系的增效去除机理展开研究。探讨反应过程中催化剂界面价态及氧化还原电对电位的变化规律,分析活性自由基的演变规律及去向,揭示PAHs的降解过程。建立催化剂微观结构对PAHs去除增效机制的内在联系,诠释催化剂结构调变和PAHs协同去除的构效关系,最终阐明铁基双金属协同及一维结构增效机制。通过这些科学问题的研究,解决类Fenton催化体系面临的瓶颈,构建具有高活性和稳定性的非均相类Fenton催化剂,为难降解有机污染物的高效去除提供技术支撑。

结项摘要

高级氧化技术是降解水体有机污染物的重要途径之一,其中非均相催化剂的理性设计是核心。项目研究围绕高效非均相催化剂的构建展开,具体以新型晶体材料,如金属有机框架(MOF)、聚单宁酸晶体棒等为前驱体,通过界面转化策略,可控构建兼具等级结构和丰富缺陷位点的衍生金属氧化物、碳及其复合材料,并探究其高级氧化(如芬顿催化、光催化等)降解污染物的性能及机理。在完成项目研究目标的基础上,进一步发展基于MOF界面组装的复合及衍生材料合成体系,制备出缺陷MOF、MOF异质结构、衍生金属硫化物中空结构等系列催化材料,并展示了其在光/电催化氧还原、氧析出及过氧化氢合成等方面的应用,为新型非均相催化材料的结构及功能设计提供思路。基于以上研究,项目以第一/通讯/共作者在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Chemical Science、Coordination Chemistry Reviews、Applied Catalysis B: Environmental、Journal of Hazardous Materials等期刊发表SCI论文17篇。相关论文被引超过430次,两篇论文入选ESI高被引论文。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A General Approach to Direct Growth of Oriented Metal-Organic Framework Nanosheets on Reduced Graphene Oxides
在还原氧化石墨烯上直接生长定向金属有机框架纳米片的通用方法
  • DOI:
    10.1002/advs.201901480
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Science
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Liu Chao;Huang Xiaodan;Liu Jizi;Wang Jing;Chen Zibin;Luo Rui;Wang Chaohai;Li Jiansheng;Wang Lianjun;Wan Jingjing;Yu Chengzhong
  • 通讯作者:
    Yu Chengzhong
Site-specific growth of MOF-on-MOF heterostructures with controllable nano-architectures: beyond the combination of MOF analogues.
具有可控纳米结构的 MOF-on-MOF 异质结构的位点特异性生长:超越 MOF 类似物的组合
  • DOI:
    10.1039/d0sc00417k
  • 发表时间:
    2020-03-05
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Liu C;Lin L;Sun Q;Wang J;Huang R;Chen W;Li S;Wan J;Zou J;Yu C
  • 通讯作者:
    Yu C
Amorphous Metal-Organic Framework-Dominated Nanocomposites with Both Compositional and Structural Heterogeneity for Oxygen Evolution
具有成分和结构异质性的非晶金属有机框架主导的析氧纳米复合材料
  • DOI:
    10.1002/anie.201914587
  • 发表时间:
    2020-01-09
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Liu, Chao;Wang, Jing;Yu, Chengzhong
  • 通讯作者:
    Yu, Chengzhong
High Yield Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide from Water Using Electrospun CaSnO3@Carbon Fiber Membrane Catalysts with Abundant Oxygen Vacancy
富氧空位电纺CaSnO3@碳纤维膜催化剂从水中高产率电合成过氧化氢
  • DOI:
    10.1002/adfm.202100099
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Zhang Chaoqi;Lu Ruihu;Liu Chao;Yuan Ling;Wang Jing;Zhao Yan;Yu Chengzhong
  • 通讯作者:
    Yu Chengzhong
MOFs derived Co/Cu bimetallic nanoparticles embedded in graphitized carbon nanocubes as efficient Fenton catalysts
MOFs 衍生的 Co/Cu 双金属纳米颗粒嵌入石墨化碳纳米立方体中作为高效芬顿催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2020.122567
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wang Jing;Liu Chao;Feng Jiayou;Cheng Dan;Zhang Chaoqi;Yao Yining;Gu Zhengying;Hu Wenli;Wan Jingjing;Yu Chengzhong
  • 通讯作者:
    Yu Chengzhong

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其他文献

时间序列模型在风场风速预测中的应用
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张少济;曾杰;张华;王晶
  • 通讯作者:
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    10.3788/gzxb20215007.0706003
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    干旱区地理
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王晶;原伟鹏;刘新平
  • 通讯作者:
    刘新平

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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