多级非对称结构膜制备及传质过程强化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878215
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The complexity of the feed mixture and mass transfer process in the membrane separation of organic mixtures put forward higher requirements for the design, construction and regulation of membrane structure. Inspired by the various composite materials with intriguing hierarchical asymmetric architecture in nature which can prominently facilitate the mass transport efficiency, a novel strategy is proposed to design and fabricate hierarchically-structured asymmetric membranes from the viewpoint of enhancing the sorption and diffusion simultaneously. Pervaporative alcohol dehydration is set as the model example. An ultrathin layer is fabricated using hydrophilic materials for selective liquid permeation, mainly aiming to enhance sorption mechanism and thus increasing selectivity. Beneath the sorption layer, another thin layer is fabricated to facilitate the transport of water molecules, mainly aiming to enhance diffusion mechanism by reducing the transport resistance and thus increasing permeation flux. A physical blending-phase inversion-surface segregation coupled method is utilized to fabricate a kind of gradient-structured composite membrane with a gradient distribution of nanoparticles in polymer matrix. A vacuum assisted filtration-bioadhesion-spin coating coupled method is applied to fabricate a kind of multi-layer-structured composite membrane consisted of a polymer thin layer, an adhesive thin layer and a two-dimensional materials layer. The structural properties of the above composite membranes, including the surface structure, interfacial structure, interlayer structure and main matrix free volume property, are tuned and optimized by reasonable choice and modification of nanoparticles, bioadhesive and polymers as well as optimization of fabrication conditions. The membranes are used for pervaporative alcohol dehydration and the structure-performance relationship is to be revealed by correlating the sorption factor and diffusion factor with structure parameters. The strategy for the design and fabrication of novel high-performance dense membranes with hierarchical structure will be investigated and verified to achieve a simultaneous improvement in both selectivity and permeability.
用于小分子有机物分离的膜技术因其物系和传质过程的复杂性,对膜结构设计、构筑和调控提出了更高要求。受自然界中广泛存在的多级非对称功能结构启发,面向渗透蒸发有机物脱水过程,提出设计并制备多级非对称杂化膜,获得与溶解-扩散传质机制相适应并可促进传质的膜结构。采用“物理共混+相转化+表面偏析”法,以亲水性纳米粒子和疏水性高分子为填充剂和膜基质,构筑填充剂呈渐变分布的梯度结构杂化膜;采用“真空辅滤+仿生粘合+旋涂”法,以亲水高分子、仿生粘合剂和二维材料为组装单元,构筑具有高分子层-粘合层-二维材料层的多层结构杂化膜。膜上部是与水具有强亲和性的溶解渗透薄层,主要强化溶解机制,提高膜的选择性;下部是有利于水分子扩散的扩散渗透薄层,主要强化扩散机制,提高膜的渗透性。优化制膜条件,调控梯度分布、膜表界面结构和自由体积特性;揭示构效关系,阐明非对称膜结构对溶解-扩散的协同强化机制,实现选择性和渗透性同时提升。

结项摘要

用于小分子有机物分离的膜技术因其物系和传质过程的复杂性,对膜结构设计、构筑和调控提出更高的要求。受自然界中广泛存在的多级非对称功能结构启发,面向渗透蒸发有机物脱水、废水处理、质子传递、碳捕集和化工气体混合物纯化等过程,制备了基于功能性高分子、共价有机框架、氧化石墨烯、蛭石等材料的具有梯度结构和多层结构的多级非对称结构薄膜。通过纳米材料复合在膜基质中形成梯度分布结构,或通过构建高分子层-粘合层-二维材料层的多层结构,解耦溶解和扩散传质过程,从而在不牺牲选择性的同时实现快速传质。通过优化制膜条件调控梯度结构、膜表界面结构和自由体积特性,实现传质过程强化,突破选择性和通量之间彼此制约的博弈效应,所制备的多级结构膜在选择性、通量、抗污染等性能指标上显著提高,为膜分离过程高效强化提供了新思想与新途径。

项目成果

期刊论文数量(62)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Antifouling graphene oxide membranes for oil-water separation via hydrophobic chain engineering.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022-11-28
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Jiang, Zhongyi
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Qu Zihan;Wu Hong;Zhou Yue;Yang Leixin;Wu Xingyu;Wu Yingzhen;Ren Yanxiong;Zhang Ning;Liu Yutao;Jiang Zhongyi
  • 通讯作者:
    Jiang Zhongyi
Electrostatic-modulated interfacial polymerization toward ultra-permselective nanofiltration membranes.
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  • DOI:
    10.1016/j.isci.2021.102369
  • 发表时间:
    2021-04-23
  • 期刊:
    iScience
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    You X;Xiao K;Wu H;Li Y;Li R;Yuan J;Zhang R;Zhang Z;Liang X;Shen J;Jiang Z
  • 通讯作者:
    Jiang Z
MOF-COF "Alloy" Membranes for Efficient Propylene/Propane Separation
用于高效丙烯/丙烷分离的 MOF—COF—合金—膜
  • DOI:
    10.1002/adma.202201423
  • 发表时间:
    2022-05-12
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Liu, Yutao;Wu, Hong;Jiang, Zhongyi
  • 通讯作者:
    Jiang, Zhongyi
COF membranes with uniform and exchangeable facilitated transport carriers for efficient carbon capture
COF 膜具有均匀且可交换的促进运输载体,可实现高效碳捕获
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Yang Leixin;Yang Hao;Wu Hong;Zhang Leilang;Ma Hanze;Liu Yutao;Wu Yingzhen;Ren Yanxiong;Wu Xingyu;Jiang Zhongyi
  • 通讯作者:
    Jiang Zhongyi

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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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