生物炭-土壤矿物质界面结合机制及其对碳稳定性的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41907016
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    杨帆
  • 依托单位：
    上海理工大学
  • 学科分类：
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Land application of biochar can not only sequester atmospheric CO2 but also as improve soil fertility and immobilize contaminants. These environmental effects of biochar have intimate connection with its stability in soil. In this project, original biochar will be divided into undissolvable biochar and dissolvable biochar according to its existing states in wet soil. The interfacial interaction between soil minerals and these two biochar fractions will be studied, respectively. Besides, the effect of these interfacial behaviors on the stability of dissolvable and undissolvable biochar will be detected. (1) The FIB, SEM-EDS, XRD, XPS and surface activation energy will be used to reveal the connecting mechanisms of surface covering, pores/channels blocking and metal ion bridging between soil minerals and undissolvable biochar; (2) Batch of adsorption experiment, as well as AFM will be used to reveal the connecting mechanisms of metal ion bridging, ligand exchange and van der Waals attraction between soil minerals and dissolvable biochar. (3) The methods of chemical oxidation, TGA and microbial cultivation will be adopted to evaluate the stability of the minerals-biochar associations. The results obtained from this project will benefit the further understanding of biochar chemical process and the corresponding environmental behavior in soil.
将生物炭输入土壤不仅可以发挥固碳作用，同时还能改良土壤性质、控制土壤污染，生物炭诸多良好的土壤环境效应都与其自身的理化性质及其在土壤中的稳定性密切相关。本项目拟根据生物炭在土壤中的赋存形态将其分为不溶态生物炭与可溶态生物炭，并分别探讨二者与土壤的重要组分土壤矿物质的界面结合机制及其对生物炭稳定性的影响：（1）采用聚焦离子束、SEM-EDS、XRD、XPS，结合表面活化能揭示不溶态生物炭与土壤矿物质的表面包裹、孔道堵塞和金属离子架桥机制；（2）采用吸附实验，AFM揭示可溶态生物炭与土壤矿物质的金属离子架桥、配位体交换和范德华力界面结合机制；（3）采用化学氧化、TGA、微生物培养法研究与土壤矿物质的结合对不溶态生物炭、可溶态生物炭抗化学氧化性、抗热氧化性和抗微生物降解性的影响。最终为进一步深入理解生物炭的土壤环境化学过程及环境效应提供理论基础和科学依据。

结项摘要

本项目以花生壳和秸秆类生物质废弃物为原料，在不同热解温度下将其转化为生物炭，分离提取不溶态与可溶态生物炭。选取代表性粘土矿物高岭土、膨润土和针铁矿，以及3种代表性土壤金属离子Fe3+、Al3+和Ca2+。分别研究不溶态生物炭、可溶态生物炭与上述土壤矿物质的界面结合机制，并考察与土壤矿物质的结合对生物炭稳定性的影响。研究结果表明，可溶态生物炭被粘土矿物吸附后，抗化学氧化性增强，且3种结合机理的抗化学氧化性排序为：Ca2+架桥≈配位体交换>范德华力。Ca2+强化了膨润土和针铁矿对可溶态生物炭的吸附保护作用，但减弱了高岭土对可溶态生物炭的吸附保护作用。对于不溶态生物炭，自由Fe3+和Al3+分别在生物炭颗粒表面转化为Fe8O8(OH)8Cl1.35和AlCl3·6H2O晶体。细小的粘土颗粒能够进入并堵塞不溶态生物炭内部孔道，新生成晶体和生物炭生成Fe-O-C有机矿物复合体。在化学氧化条件下，与土壤矿物的结合使生物炭整体碳损失率降低43.0%，其中不溶态生物炭与可溶态生物炭碳损失率分别降低34.6%和8.4%；在微生物降解条件下，与土壤矿物的结合使生物炭整体碳损失率降低49.3%，其中不溶态生物炭与可溶态生物炭碳损失率分别降低48.3%和1.0%。本项目为揭示生物炭的固碳机制，充分发挥其固碳效应，以及进一步深入理解生物炭的土壤环境化学过程及环境效应提供理论基础和科学依据。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Metal chloride-loaded biochar for phosphorus recovery: Noteworthy roles of inherent minerals in precursor
用于磷回收的负载金属氯化物的生物炭：前体中固有矿物质的值得注意的作用
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2020.128991
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Chemosphere
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Fan Yang;Yuchen Chen;Hongyan Nan;Lei Pei;Yu;ong Huang;Xinde Cao;Xiaoyun Xu;Ling Zhao
  • 通讯作者：
    Ling Zhao
Co-pyrolysis of biomass and phosphate tailing to produce potential phosphorus-rich biochar: efficient removal of heavy metals and the underlying mechanisms
生物质和磷酸尾矿共热解生产潜在的富磷生物炭：重金属的有效去除及其潜在机制
  • DOI：
    10.1007/s11356-022-23128-z
  • 发表时间：
    2022-10
  • 期刊：
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Fan Yang;Junfan Lv;Yingying Zhou;Shuang Wu;Jingke Sima
  • 通讯作者：
    Jingke Sima
New insights into the underlying influence of bentonite on Pb immobilization by undissolvable and dissolvable fractions of biochar
关于膨润土对生物炭不溶性和可溶性部分固定铅的潜在影响的新见解
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2021.145824
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Science of The Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Fan Yang;Yuchen Chen;Yu;ong Huang;Xinde Cao;Ling Zhao;Hao Qiu;Xiaoyun Xu
  • 通讯作者：
    Xiaoyun Xu
Stabilization of dissolvable biochar by soil minerals: Release reduction and organo-mineral complexes formation
土壤矿物质稳定可溶性生物炭：释放减少和有机矿物复合物形成
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2021.125213
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Fan Yang;Zibo Xu;Yu;ong Huang;Daniel C.W. Tsang;Yong Sik Ok;Ling Zhao;Hao Qiu;Xiaoyun Xu;Xinde Cao
  • 通讯作者：
    Xinde Cao
Stability of biochar in five soils: Effects from soil property
生物炭在五种土壤中的稳定性：土壤性质的影响
  • DOI：
    10.1002/ep.13775
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Environmental Progress and Sustainable Energy
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    Fan Yang;Xiuping Zuo;Yingying Zhou;Shuang Wu;Mengyao Wang
  • 通讯作者：
    Mengyao Wang

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其他文献

二维相关谱技术的研究进展及应用
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    食品科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨帆;马鑫;武涌;陈红兵;李欣
  • 通讯作者：
    李欣

其他文献

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翼型空化流动的介观模型研究
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  • 项目类别：
    青年科学基金项目

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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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