正渗透脉冲电场电敏凝胶汲水行为分析及优化调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51278079
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 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:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Water scarcity is occurring globally, while extracting drinking water from wastewater may seem to be an excellent method. Unlike pressure-driven processes, FO is environmentally friendly and can be operated at a low cost due to the absence of hydraulic pressures. However, its development is still hindered by some factors such as reverse diffusion of draw solutions, and high energy consumption during the process of draw solutions regeneration. In this study, electric-sensitive hydrogels, which show swelling and deswelling behavior when exposed to water and electric fields respectively, were employed as draw agents in the FO process to design a novel forward osmosis reactor with pulsed electric fields. This reactor can absolutely avoid the draw agents to contaminate the feed solution and product water and ensure easy recycle of draw agents, which can effectively solve the aforementioned problems. We intend to synthesize the most appropriate electric-sensitive hydrogels used in wastewater treatment, which possess high swelling pressure, high electric sensitive and steady mechanical performance, and thus to explore the swelling/deswelling behavior and mechanism of the hydrogels under different pulsed electric fields. Besides, coupling electrolytic flocculation together with electrophoresis, the pulsed electric fields will be optimized. Through the study of FO in these aspects, the safe and effective drinking water regeneration can be expected.
水资源短缺已经上升为全球性危机,从污水中直接提取饮用水是解决缺水问题的重要途径之一。正渗透无压操作,节能且环境友好。但其汲取液存在反向扩散、再生能耗高等问题,桎梏了正渗透技术的更广泛应用。本研究基于正渗透汲水原理和电敏凝胶水中溶胀、接触电场刺激下消溶胀的功能,设计以电敏凝胶作为汲取物的脉冲电场正渗透反应器,目的在于完全避免汲取物污染原料液及产水的发生,体现安全性的同时,方便、低耗地完成汲取物再生,有效解决正渗透技术面临难题。研究方法为以高膨胀压、高电场灵敏度、稳定机械性能为目标优化电敏凝胶合成方法,分析不同工况脉冲电场电敏凝胶汲水/脱水行为和机制,筛选污水提纯适宜电敏凝胶,耦合电絮凝除污染和电泳减缓膜污染效能,优化设计正渗透反应器脉冲电场,从而更安全、高效完成饮用水再生。

结项摘要

水资源短缺已经上升为全球性危机,从污水中直接提取饮用水是解决缺水问题的重要途径之一。正渗透无压操作,节能且环境友好。但其汲取液存在反向扩散、再生能耗高等问题,桎梏了正渗透技术的更广泛应用。本研究基于正渗透汲水原理和电敏凝胶水中溶胀、接触电场刺激下消溶胀的功能,设计了以电敏凝胶作为汲取物的脉冲电场正渗透反应器,目的在于完全避免汲取物污染原料液及产水的发生,体现安全性的同时,方便、低耗地完成汲取物再生,有效解决正渗透技术面临难题。研究结果表明,附加电压为6 V,以冻融5次的透明质酸-聚乙烯醇电敏水凝胶运行60 h,间歇运行所产生总过水量分别为50.84与62.39 L•m-2,单位产水量能耗为3.2×105 J。证明了电敏凝胶可以反复利用,切实解决正渗透技术汲取液反向渗透和再生困难的难题。.基于以上研究基础,更提出新的思路,以具有超强吸水和重复压缩性能的气凝胶作为正渗透汲取物,则不仅可以继续保持水凝胶汲取物产水水质高、完全不存在反向渗透的优点外,还可能实现简易快速的释水和汲取物再生。本研究以简单温和的方法合成了亲水耐压气凝胶并以其作为汲取物用于汲取净水。在正渗透测试中,测定SA-GO-3干气凝胶纯水通量(15.25±0.65 LMH)为1 M NaCl(10.44±0.99 LMH)的1.46倍。连续反复压缩再生测试表明,SA-GO-3气凝胶水通量恢复性能良好,水通量保持在4-6 LMH之间,没有明显的通量衰减,即该型气凝胶可通过简单压缩反复汲水/释水无需其它再生手段。同时,SA-GO-3干气凝胶对模拟海水的脱盐能力优良(水通量为6.7 LMH)。由此,可以看出气凝胶汲取物具有优良的正渗透性能,可以完全避免汲取液反向渗透,且仅依靠人力简单压缩即可完成从污水中反复提取,净水过程操作简便,产水无受众范围限制,特别适合用于军事和应急救灾等领域所用应急正渗透汲水装置的汲取液革新。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Use of a spacer to mitigate concentration polarization during forward osmosis process
使用垫片减轻正向渗透过程中的浓差极化
  • DOI:
    10.1016/j.desal.2014.05.026
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
    Desalination
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Hanmin Zhang;Shiying Cheng;Fenglin Yang
  • 通讯作者:
    Fenglin Yang
Influence of spacer on rejection of trace antibiotics in wastewater during forward osmosis process
正渗透过程中间隔物对废水中痕量抗生素截留的影响
  • DOI:
    10.1016/j.desal.2015.06.006
  • 发表时间:
    2015-09
  • 期刊:
    Desalination
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Hanmin Zhang;Yujie Feng;Chao Shen;Fenglin Yang
  • 通讯作者:
    Fenglin Yang
Removal of trace antibiotics from wastewater: A systematic study of nanofiltration combined with ozone-based advanced oxidation processes
废水中痕量抗生素的去除:纳滤与臭氧高级氧化工艺相结合的系统研究
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2013.11.057
  • 发表时间:
    2014-03-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Liu, Pengxiao;Zhang, Hanmin;Zhang, Jianpeng
  • 通讯作者:
    Zhang, Jianpeng

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  • 通讯作者:
    王新华
Performance of Anammox process and low-oxygen adaptability of Anammox biofilms in a FBR with small ring non-woven carriers
小环无纺布载体 FBR 中厌氧氨氧化工艺的性能和厌氧氨氧化生物膜的低氧适应性
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    10.1016/j.ecoleng.2015.11.025
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    2016
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨凤林;张捍民;刘阳
  • 通讯作者:
    刘阳
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厌氧氨氧化污泥在35℃下的长期储存和随后的再活化
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
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  • 作者:
    汪涛;张捍民;杨凤林
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    杨凤林
序批式膜生物反应器中反硝化聚磷菌的富集
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张捍民;杨凤林;代文臣;张兴文;肖景霓;张新宇
  • 通讯作者:
    张新宇

其他文献

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厌氧消化原位沼气提质机制分析及能量回收优化调控
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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