活性炭载纳米铁还原-生物反硝化耦合去除地下水中硝酸盐的机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41502240
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0702.环境水科学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Groundwater nitrate pollution is a global environmental problem, and recently, the mechanism and technology for nitrate remediation has been paid more and more attention in hydrogeology because of its difficult efficient removal from groundwater. Therefore, the proposal intends to investigate the characteristics of activated carbon-supported nano-iron composite material and its control effect to nano-iron agglomeration; to explore the ability of the composite material to nitrate reduction promotion and ammonia byproduct inhibition as well as the features of regulating hydrogen formation in nitrate reduction owing to the internal iron-carbon micro-electrolysis effect. Subsequently, the process and characteristics of hydrogen supply to achieve autotrophic denitrification efficiently also will be studied intensively. Furtherly, the possibility, characteristics and hydrogeochemical factors of removal nitrate from groundwater by coupling reduction of activated carbon-supported nano-iron with autotrophic denitrification will be researched. In order to ascertain the relationship between hydrogen generation and chemical reduction of nitrate by the composite material, this study will emphasis on the mechanism of nitrate removal in groundwater by the coupling system of activated carbon-supported nano-iron with autotrophic denitrification. Based on these results, the synergistic mechanism of nitrate removing from groundwater by chemical reduction coupling with autotrophic denitrification will be revealed, and efficient nitrate removing method from groundwater in-situ by coupling activated carbon-supported nano-iron reduction with biological denitrification will be built. Consequently, the achievements will provide a theoretical basis for development economic and secure prevention techniques for nitrate pollution groundwater.
地下水硝酸盐污染是全球性的环境问题。关于其修复的机理与技术一直是水文地质学研究的热点。本项目拟研究活性炭载纳米铁复合材料的结构特点,探究其还原硝酸盐过程中对纳米铁不稳定、易团聚等不足的控制作用,铁-碳微电解效应促进硝酸盐还原和抑制副产物氨氮产生的能力与机制,以及对氢气形成与传质过程的调控规律;研究氢气的传质特征在实现自养反硝化作用高效去除硝酸盐过程中的作用;进而研究活性炭载纳米铁还原与生物自养反硝化耦合去除地下水中硝酸盐的可能性、特点及规律,以及水文地球化学因素对耦合作用的影响,旨在探明活性炭载纳米铁的结构特征与化学还原作用、氢气传质过程及生物反硝化作用之间的构-效关系,揭示化学还原-生物反硝化耦合去除地下水中硝酸盐的协同作用机制,构建高效去除地下水中硝酸盐的活性炭载纳米铁还原-生物反硝化耦合方法,为拟订经济安全的地下水硝酸盐污染防治方法提供理论依据。

结项摘要

众所周知,水污染和水危机是全球性的环境问题,地下水作为宝贵的饮用水源,对保障居民饮水安全具有举足轻重的作用。然而,地下水硝酸盐污染已成新常态,并呈恶化趋势,因此,探索和发展高效经济的地下水硝酸盐污染防治方法成为环境与水文地质领域研究的重点。.项目针对活性炭载纳米铁还原-生物反硝化耦合去除地下水中硝酸盐的机制,研究了活性炭种类、铁源、表面活性剂和制备途径对活性炭载纳米铁复合材料(nZVI/GAC)结构的影响,运用批处理实验研究了化学还原去除硝酸盐的功效与氢气产生机制,利用微环境实验研究了生物自养反硝化去除硝酸盐的功效与氢气的传质特点,基于纳米铁的还原和产氢作用,将化学还原与生物反硝化耦合,构建出nZVI/GAC还原-生物反硝化耦合的体系,探明nZVI/GAC的结构特征与化学还原、氢气传质、自养反硝化之间的构-效关系,揭示出化学还原-生物反硝化耦合去除地下水中的硝酸盐不仅可能,而且可行,还具有显著的增效作用。.研究发现,通过液相还原法,先吸附后还原,制备的nZVI/GAC的结构相对较好,活性炭的介入,对纳米铁的团聚、稳定性和活性具有显著的改善作用;nZVI/GAC在地下水硝酸盐去除过程中能够形成铁-碳微电解效应,活性炭作为电子传递的通道,显著提高电子传递的效率,从而促进氢气的产生,提高硝酸盐的化学还原效率,抑制氨氮、亚硝态氮等副产物的产生,这种促进作用受水化学条件(如pH值、离子强度等)的影响;活性炭还具有载体作用,便于微生物富集,快速形成生物膜,提高化学-生境耦合脱氮功效,以至于活性炭载纳米铁还原-生物反硝化耦合去除硝酸盐具有显著的增效作用,但耦合作用的发挥受nZVI/GAC用量、硝酸盐初始浓度以及共存小分子有机碳的影响。项目取得的成果,对促进化学-生物协同脱氮机理研究,具有重要的学术价值,为寻找高效经济的地下水原位脱氮方法提供了新思路和新方法,具有潜在的实际应用价值。

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(1)
专利数量(1)
Chemical properties of dissolved organic matter derived from sugarcane rind and the impacts on copper adsorption onto red soil
甘蔗皮溶解有机物的化学性质及其对红壤吸附铜的影响
  • DOI:
    10.1007/s11356-017-9834-3
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Hu, Sihai;Wu, Yaoguo;Xin, Xu
  • 通讯作者:
    Xin, Xu
基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法的创建——以小秦岭金矿区农田土壤为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    地质通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢聪;李涛;付义临;徐友宁;张江华;吴耀国
  • 通讯作者:
    吴耀国
Inhibitory effect of natural zeolite and its chitosan composites cadmium-contaminated soils
天然沸石及其壳聚糖复合材料对镉污染土壤的抑制作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Fresenius Environmental Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yi Na;Wu Yaoguo;Hu Sihai
  • 通讯作者:
    Hu Sihai
Enhanced Fenton-like removal of nitrobenzene via internal microelectrolysis in nano zerovalent iron/activated carbon composite
通过纳米零价铁/活性炭复合材料的内部微电解增强类芬顿去除硝基苯
  • DOI:
    10.2166/wst.2015.467
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    WATER SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Hu, Sihai;Wu, Yaoguo;Zhang, Chengjun
  • 通讯作者:
    Zhang, Chengjun
The synergetic effects in Fenton-like system catalyzed by nano zero-valent iron (nZVI)
纳米零价铁(nZVI)催化类芬顿体系的协同效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Polish Journal of Environmental Studies
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Yao Hairui;Hu Sihai;Wu Yaoguo;Fan Lin
  • 通讯作者:
    Fan Lin

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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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