新型核壳结构钛铁基异质结膜的构建及其光催化过滤水中有机物和重金属离子性能的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21667019
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    41.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B06.环境化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The practical application of photocatalytic membrane, an integrated technology of photocatalysis and membrane filtration, is hindered for the low degradation/filtration efficiency, fouling, and poor recyclability, mainly attributed to the lack of functional materials with novel structure and unique properties, the limited understanding of the charge transfer and degradation mechanisms, and the inefficient photocatalytic membrane reactor. In this proposed project, we expect to solve the aforementioned problems through the proposed membrane materials, mechanism and technology innovations. Specifically, (1) for the first time construct a novel core-shell structured heterojunction, i.e., TiO2(001) nanosheets grafted on ZnFe2O4 nanotubes, and further modify this nanostructure by introducing defects (Ti3+/oxygen vacancy) and N-doped graphene. All the components will generate a synergy to enhance the quantum efficiency for pollutants degradation because of the visible light response and facilitated charge transfer, and suppress membrane fouling with a good long-term stability and durability; (2) deeply gain insights into the heterojunction interface and charge transfer mechanism, and understand the mechanisms of organics adsorption/activation/degradation and metal ions competitive adsorption by various ex-situ spectroscopic techniques; (3) design a new multi-stage continuous photocatalytic membrane reactor, and comprehensively evaluate the membrane performance for the removal of specific organics (rhodamine B, bisphenol A, humic acid) and heavy metal ions (Pb2+, Cd2+, Cr3+), long-term durability, regeneration and recyclability, and establish the correlations between materials structure-property-activity. The findings in this project will advance the development of novel membrane materials and provide viable options for water treatment.
目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目拟从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明异质结膜材料的构效关系。该项目实施将为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供理论依据和智力支持。

结项摘要

目前光催化过滤技术依然缺乏具有新颖结构与独特功能的薄膜材料、对材料的界面化学、电荷转移和有机物降解以及金属离子竞争吸附机制的认知不够深入、缺少先进的反应装置。本项目从材料、机理和技术创新出发,首先可控合成了多孔核壳结构ZnFe2O4@TiO2异质结,即将高能活性晶面TiO2(001)纳米薄片嫁接到ZnFe2O4纳米管上,再通过引入缺陷、与N-掺杂石墨烯耦合进一步提高量子效率、可见光吸收和电荷转移,构建出了能级界面匹配的异质结膜,采用先进的谱学与表面技术阐明异质结膜的界面结构和电荷转移途径,设计了一种多级连续光催化薄膜过滤装置,系统评价了膜材料去除水中特定有机物(罗丹明B、双酚A、腐殖酸)和重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cr3+)的效率、耐久力和循环再生性能,探索了有机物降解路径与金属离子竞争吸附机理,阐明了异质结膜材料的构效关系。该项目实施为开发新型水处理膜材料与光催化过滤提供了理论依据和智力支持。项目研究期间发表了SCI收录学术论文20多篇,授权发明专利10余项,培养研究生11名,其中四名研究生学位论文获江西省优秀学位论文,获江西省自然科学一等奖等省部级奖励5项。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Titanium dioxide nano-heterostructure with nanoparticles decorating nanowires for high-performance photocatalysis
纳米粒子装饰纳米线的二氧化钛纳米异质结构用于高性能光催化
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2018.04.150
  • 发表时间:
    2018-05-31
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Fu, Honghong;Yang, Liming;Zhao, Jinsheng
  • 通讯作者:
    Zhao, Jinsheng
Synthesis of Flower-Like g-C3N4/BiOBr and Enhancement of the Activity for the Degradation of Bisphenol A Under Visible Light Irradiation
花状g-C3N4/BiOBr的合成及可见光照射下双酚A降解活性的增强
  • DOI:
    10.3389/fchem.2019.00649
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Frontiers in Chemistry
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Wu Jun;Xie Yu;Ling Yun;Dong Yunyun;Li Jian;Li Shiqian;Zhao Jinsheng
  • 通讯作者:
    Zhao Jinsheng
Facile construction of a molybdenum disulphide/zinc oxide nanosheet hybrid for an advanced photocatalyst
轻松构建用于先进光催化剂的二硫化钼/氧化锌纳米片混合物
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2018.11.024
  • 发表时间:
    2019-03-25
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Liu, Yuying;Xie, Yu;Zhao, Jinsheng
  • 通讯作者:
    Zhao, Jinsheng
One-step synthesis and Gd3+ decoration of BiOBr microspheres consisting of nanosheets toward improving photocatalytic reduction of CO2 into hydrocarbon fuel
由纳米片组成的 BiOBr 微球的一步合成和 Gd3 修饰可改善 CO2 光催化还原为碳氢燃料的性能
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.125944
  • 发表时间:
    2020-11-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wu, Jun;Xie, Yu;Hou, Yang
  • 通讯作者:
    Hou, Yang
High-efficient one-pot synthesis of carbon quantum dots decorating Bi2MoO6 nanosheets heterostructure with enhanced visible-light photocatalytic properties
高效一锅合成碳量子点装饰Bi2MoO6纳米片异质结构并增强可见光催化性能
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2017.06.130
  • 发表时间:
    2017-11-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Sun, Chaoyang;Xu, Qiuhua;Zhou, Dan
  • 通讯作者:
    Zhou, Dan

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    谢宇
  • 通讯作者:
    谢宇

其他文献

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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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