基于废水中酚类污染物去除与资源化的导电共聚物合成及其赝电容行为研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51378216
  • 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:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Phenols are considered as one of the primary pollutants in wastewater due to their toxicity to aquatic life. Aerobic biological technology has been widely used for phenol removal, but it turns to be an energy-intensive process which proceeds at a relatively slow rate. Electrochemical oxidation can allow fast removal of phenol pollutants but the production of polymeric compounds leads to the passivation of the electrode. Here we propose the concept of using electropolymerization to synthesize copolymer on the electrode surface from the aqueous solution which contains phenol (or other phenol derivatives) and a conductive polymer monomer (e.g., aniline, pyrrole or thiophene). The resulting copolymer can be directly used for supercapacitor application without the need to be peeled off from the electrode. Thus, this technology will enable fast removal of phenol pollutants and simultaneously allow resource recovery from wastewater. Controllable electrosynthesis of copolymer with pseudocapacitance can be achieved by varying the experimental conditions. Efforts will be devoted to understanding the copolymerization mechanism and relationships among the micro-/nano-structure, chemical composition, and pseudocapacitance of the resulting copolymer. In addition, the principles and operational conditions of this technology for real phenolic wastewater treatment will be investigated, with aims to achieve rapid and efficient removal of pollutants and obtain pseudocapacitance products. This work will present a new approach for pollutant removal and resource recovery from phenolic wastewater, and provide scientific insights into the development of phenol-based environmentally friendly conductive copolymer for supercapacitor application.
酚类废水生物毒性大,利用常规的好氧工艺能够实现酚类污染物的去除,但该方法较为耗能且处理速度慢。传统的电化学氧化处理速度快但容易生成惰性酚类聚合膜造成电极中毒。本项目提出采用电化学氧化聚合方法使得酚类有机物与常规导电聚合物单体(如苯胺、吡咯、噻吩等)在电极表面原位形成共聚物,且共聚物不需要从电极剥离,可直接作为超级电容器电极材料,达到酚类污染物在去除的同时并资源化的目的。通过化学组成控制、成核控制、取向生长等结构和形态控制,实现具备赝电容特性共聚物的可控合成,并阐明共聚机制及共聚物微纳结构-化学组成-赝电容行为三者之间的内在关系。进而针对真实酚类废水,寻求能够实现酚类污染物有效、快速去除,且聚合产物具备赝电容特性的电化学氧化工艺原理和工艺条件。本项目旨在为废水中酚类物质去除与资源化提供新的途径,为开发基于酚类导电共聚物环境友好的超级电容器电极材料提供科学理论根据。

结项摘要

含有酚类污染物的工业废水广泛存在,传统方法无论是好氧生物工艺抑或是高级氧化工艺将酚类物质矿化去除,尽管技术较为成熟,但都存在高耗能的弊端性,亟待发展能够将酚类污染去除并实现资源化利用的新工艺。为此,本项目围绕电化学氧化方法实现废水中酚类污染物去除与资源化展开,主要研究内容包括具备赝电容特性酚类共聚物的可控合成及性能表征、共聚物微纳结构-共聚作用方式-赝电容行为三者之间的内在关系、酚类污染物资源化的功能电极材料设计与应用等方面。研究发现,通过电化学氧化方法利用液相苯酚电聚合,以聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、氮掺杂石墨烯(N-rGO)为阳极材料,可以选择性地原位合成具备高导电性和氧化还原活性的酚类共聚物,物理、化学表征证实了反应的主要产物为对苯醌(BQ)/对苯酚(HQ),其表现出优良的电容特性。经过BQ/HQ修饰的PANI电极,其比电容(553 F g-1)为未经修饰的PANI电极的1.3倍,且表现出更好的循环稳定性,2000圈充放电后电容保留值为88%,远高于未经修饰电极的51%。核磁共振氢谱、傅里叶变换衰减全反射红外光谱、X射线光电子能谱等表征揭示了BQ/HQ与基底电极之间主要是通过π-π堆积、氢键和化学掺杂等共聚作用方式进行聚合。进一步利用BQ和HQ之间良好的赝电容性能和快速的电子转移能力,构建基于导电共聚物电极材料的电化学反应器。发现了导电共聚物可介导生物电子传递,提高微生物燃料电池(MFC)产电性能;证实了木质素(lig)导电聚合物(PPy/lig)作为电Fenton反应阴极材料,能有效促进氧还原成H2O2,提高污染物降解效率。相关研究结果为具备赝电容特性酚类共聚物电化学可控合成、基于酚类共聚物功能电极材料设计与原位利用提供了理论指导和基础数据。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Biocathode denitrification of coke wastewater effluent from an industrial aeration tank: Effect of long-term adaptation
工业曝气池焦炭废水出水的生物阴极脱氮:长期适应的效果
  • DOI:
    10.1016/j.bej.2017.05.022
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biochemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Tang Rong;Wu Di;Chen Wenhang;Feng Chunhua;Wei Chaohai
  • 通讯作者:
    Wei Chaohai
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Rsc Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu Xiaoping;Wan Hui;Xue Yuzhou;Feng Chunhua;Wei Chaohai
  • 通讯作者:
    Wei Chaohai
Electrochemical Polymerization of Hydroquinone on Graphite Felt as a Pseudocapacitive Material for Application in a Microbial Fuel Cell
对苯二酚在石墨毡上的电化学聚合作为赝电容材料在微生物燃料电池中的应用
  • DOI:
    10.3390/polym9060220
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Polymers
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wang Guanwen;Feng Chunhua
  • 通讯作者:
    Feng Chunhua
石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晓双;王凯;冯春华;韦朝海
  • 通讯作者:
    韦朝海
Carbon-based cathode as an electron donor driving direct bioelectrochemical denitrification in biofilm-electrode reactors: Role of oxygen functional groups
碳基阴极作为电子供体驱动生物膜电极反应器中的直接生物电化学反硝化:氧官能团的作用
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2017.03.062
  • 发表时间:
    2017-07-01
  • 期刊:
    CARBON
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chen, Wenhang;Wu, Di;Feng, Chunhua
  • 通讯作者:
    Feng, Chunhua

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其他文献

一类Caputo阶微分方程边值问题正解的存在性
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    韦朝海

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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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