水中纳秒脉冲电晕放电处理医药废水的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51707122
  • 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:
    E0705.高电压与放电
  • 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

Under the grim water pollution situation in China, pharmaceutical wastewater which is difficult to degrade contains high concentration of bio-toxic substances and easily causes cancer and malformation to human beings, becoming a threat to the environment and human health. Due to the advantages of simplicity, high efficiency, rapid, and no secondary pollution, treating the wastewater with low-temperature plasma technology has become the most potential among many wastewater treatment technologies. However, this technology is still confined in the laboratory because of three major problems including high energy consumption, small amount of processing, poor treating effect for some compounds. As a visiting scholar of INP in Germany, the applicant proposed to use the RF switches to develop a high-frequency pulsed power and excite low-temperature plasma directly in wastewater to degrade the organic compounds in it. The influence of the discharging parameters on the intensity of plasma and degrading effect will be investigated. The pulse width will be shortened to avoid joule heating, and the repetitive frequency be increased to shorten the treating time and expand the amount of treatment. Since the discharges happen directly in the water, the strong oxidizing particles can react with the pollutants in the first time so as to improve the degradation efficiency. The degradation efficiency of different antibiotics will be studied. Combined with chemical catalysis, the introduction of bubbles and other means such as biological treatment technology, different pharmaceutic wastewater will be treated in personalized treatment program to achieve comprehensive purification of pharmaceutical wastewater. The principle about the degradation efficiency of organic macromolecules using plasma will also be studied. Taking into account of the large-scale needs, both the pulse generator and reactor will be modularized to achieve on-demand adjustment of processing capacity, speeding up the industrial application of this technology.
国内水污染形势严峻,而医药废水是难降解的高浓度有机废水,具有致癌、致畸等作用, 对生态环境和人类健康危害巨大。低温等离子体处理废水是一种简单、高效、迅速、无二次污染的处理技术,具有广阔的应用前景。该技术目前仍未能走出实验室的三大难题是能耗高、处理量小、对部分有机物处理效果不明显。在德国INP等离子所访学期间,申请人提出用纳秒高压脉冲直接在水中进行电晕放电,研究放电条件对等离子体浓度以及降解效率的影响规律,压缩脉宽以避免焦耳热,提高重频以缩短处理时间扩大处理量,水中放电产生强氧化性活性粒子直接与污染物作用,综合提高降解效率;研究不同抗生素降解效率差异的原因,结合化学催化、引入气泡等手段和其它生物处理等技术,博采众长,针对性地制定个性化处理方案,全面净化医药废水。研究影响等离子体降解有机大分子效率的规律,同时考虑模块化设计脉冲源和放电反应器,实现按需调节处理量,加快该技术的工业推广。

结项摘要

医药废水具有致癌、致畸等作用,对生态环境和人类健康危害巨大。低温等离子体处理医药废水是高效、无二次污染的处理技术,具有广阔的应用前景。本课题首先用固态Marx和直线变压器驱动器LTD方案分别模块化设计研制了两台脉宽为100ns~400ns的高压脉冲电源和线对网的同轴结构放电反应器,在此基础上用纳秒高压脉冲直接在水中进行电晕放电,研究放电条件对等离子体浓度以及降解效率的影响规律,发现放电强度和放电次数越高,降解效率越高,且水中放电电晕发展的速度约为29km/s,不同抗生素降解效率差异的主要原因取决于其化学结构的稳定性,推算出将抗生素的浓度降低一个数量级所需要的的电能能耗为双氯酚需27kWh/m3,而泛影酸盐需要430kWh/m3。利用水中产生强氧化性活性粒子直接与污染物作用,提高了降解效率;通过压缩脉宽以避免焦耳热,提高放电频率以缩短处理时间扩大处理量,模块化设计使得反应器很容易并联,可按需调节处理量,加快该技术的工业推广。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
固态Marx发生器的过流保护研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    饶俊峰;曾彤;李孜;姜松
  • 通讯作者:
    姜松
Gate Driving Circuit for the All Solid-State Rectangular Marx Generator
全固态矩形马克思发生器的栅极驱动电路
  • DOI:
    10.1109/tps.2019.2923327
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Plasma Science
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Li Zi;Liu Haotian;Rao Junfeng;Jiang Song
  • 通讯作者:
    Jiang Song
Design of High-Voltage Square Pulse Generator Based on Cascade Switches and Time-Delay Driver
基于级联开关和延时驱动器的高压方波脉冲发生器设计
  • DOI:
    10.1109/tps.2019.2932457
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Plasma Science
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Rao Junfeng;Guo Longyue;Liu Haotian;Li Zi;Jiang Song
  • 通讯作者:
    Jiang Song
Study on the Basic Characteristics of Solid-State Linear Transformer Drivers
固态线性变压器驱动器基本特性研究
  • DOI:
    10.1109/tps.2020.3013292
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Plasma Science
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Rao Junfeng;Zhu Yicheng;Wang Yonggang;Jiang Song;Li Zi
  • 通讯作者:
    Li Zi
Synchronous drive circuit with current limitation for solid-state pulsed power modulators
用于固态脉冲功率调制器的限流同步驱动电路
  • DOI:
    10.1049/iet-pel.2019.0421
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IET Power Electronics
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Rao Junfeng;Zeng Tong;Jiang Song;Xia Kun;Li Zi
  • 通讯作者:
    Li Zi

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其他文献

脉冲压缩电路磁开关动态特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    饶俊峰;邱剑;刘克富
  • 通讯作者:
    刘克富

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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