高分散ZrMg双组分钙基吸附剂的可控构筑及其生物质化学链气化制氢构效关系研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    52006096
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    8.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2020
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2021-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Biomass-based calcium looping gasification (BCaLG) for hydrogen production has become a pioneering technology in the clean energy as the advantages of highly efficient hydrogen production, CO2 capture in situ, and highly intensive costs. However, during the process of the circulating fluidization and the high-temperature regeneration, the calcium-based sorbent is prone to structural collapse and sintering, which limits the development of BCaLG. This project will improve the performance of calcium-based sorbent by uniformly mixing the stabilizers and active components at the atomic scale and obtaining the best micro-morphology. Metal organic frameworks (MOFs) is used as precursor, and silica colloidal crystals are used as the template to construct ZrMg doped calcium-based adsorbent, which has advantages of the doped metals with the atomic scale dispersion, silica nanosphere supporting the pore structure, and having three-dimensional ordered mesoporous-macrostructure. Through advanced characterization technologies (EXAFS, XANES, et. al.), the relationships between calcium-based sorbent properties and atomic composition, electronic configuration, and pore structure will be revealed, and the active center strengthening mechanism and anti-sintering mechanism will be obtained by the theoretical calculation. Based on this, the structure-activity relationships between the calcium-based sorbent and the hydrogen production from the chemical looping gasification of biomass is also studied. Specifically, the catalytic cracking mechanism of the associated tar in BCaLG by calcium-based sorbent will be revealed. As well as, the glutinous bonding mechanism of alkali metals on the micro/nano scale structure of calcium-based sorbent will be studied. The effects of acid gas on the absorbing sites of calcium-based sorbent will also be discussed. These researches will provide some theoretical supports for the large-scale application of BCaLG.
生物质钙基化学链气化制氢技术因具有高效制氢、原位碳捕集及成本高度集约化等优点而成为清洁能源领域的先驱技术,然而在循环流化、高温再生等过程中钙基吸附剂易出现磨损及烧结等失活现象,这极大限制了该技术发展。本项目拟通过提高稳定剂与活性组分原子尺度的均匀混合及获取最佳微观形貌来提高钙基吸附剂的抗磨损及抗烧结性能。采用金属有机框架为前驱体,二氧化硅纳米球胶体晶体为模板,构筑具有掺杂金属原子级分散、二氧化硅纳米球支撑及三维有序介孔-大孔结构的ZrMg双组分钙基吸附剂。通过EXAFS、XANES等先进表征技术,揭示钙基吸附剂性能与原子组成、电子构型及孔结构之间的关系,并结合理论计算得到活性中心强化机理及抗烧结机制。基于此,研究钙基吸附剂与生物质化学链气化制氢之间的构效关系,明晰其对伴生焦油的催化裂解机理、碱金属粘结对其微纳结构的影响机制、酸性气体对其吸附位点的覆盖机制,为该技术规模化应用提供理论支撑。

结项摘要

生物质钙基化学链气化制氢技术因具有高效制氢、在线碳捕集及成本高度集约化等优点,而成为清洁能源领域的先驱技术。然而,在循环流化、高温再生等过程中钙基吸附剂易出现结构坍塌及烧结失活,这极大限制了该技术发展。依托本课题资助,开发了一套可快速切换碳酸化、煅烧温度及反应气氛、可自动记录的具有双温区的滑轨热天平系统,并在此系统上完成系列研究。除此之外,制备了10种新型钙基MOF衍生钙基吸附剂,通过实验研究,得到了一种高分散ZrMg双组分钙基吸附剂(Ca0.85Mg0.125Zr0.025-MOF-O),该吸附剂具有良好的初始吸附容量及循环稳定性,并从微纳层面、电子结构角度揭示高分散ZrMg双组分钙基吸附剂活性中心的强化机理及抗烧结机制,获得了高分散ZrMg双组分钙基吸附剂可控构筑原则和普适性制备策略;进一步,基于该钙基吸附剂,研究了其与生物质化学链气化制氢的构效关系,明晰了其对伴生焦油的催化裂解机理、碱金属粘结对其微纳结构的影响机制、酸性气体对其吸附位点的覆盖机制,为生物质钙基化学链气化制氢技术商业化应用提供了理论支撑。.通过本项目的资助,共计发表SCI论文16篇,申请发明专利1项。并通过与西安交通大学博导课题组合作辅助培养博士研究生1名,以及基于南方科技大学辅助培养硕士研究2名。本项目的研究为项目负责人后续科学研究打下了坚实的基础。

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(1)
Process tracing and partitioning behaviors of PCDD/Fs in the post-combustion zone from a full-scale municipal solid waste incinerator in southern China
中国南方大型城市生活垃圾焚烧炉燃烧后区 PCDD/F 的过程追踪和划分行为
  • DOI:
    10.1016/j.eti.2021.101789
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Environmental Technology & Innovation
  • 影响因子:
    7.1
  • 作者:
    Rigang Zhong;Jianjun Cai;Feng Yan;Qingcai Liu;Zuotai Zhang
  • 通讯作者:
    Zuotai Zhang
Emission levels and phase distributions of PCDD/Fs in a full-scale municipal solid waste incinerator: The impact of wet scrubber system
全尺寸城市固体废物焚烧炉中 PCDD/F 的排放水平和相分布:湿式洗涤器系统的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2022.130468
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Pengju Wang;Feng Yan;Jianjun Cai;Feng Xie;Xuehua Shen;Xuankun Wei;Guodong Yang;Rigang Zhong;Junbing Huang;Zhongzheng Li;Zuotai Zhang
  • 通讯作者:
    Zuotai Zhang
Review of the destruction of organic radioactive wastes by supercritical water oxidation
超临界水氧化销毁有机放射性废物的研究进展
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.149396
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Tiantian Xu;Shuzhong Wang;Yanhui Li;Jianna Li;Jianjun Cai;Yishu Zhang;Donghai Xu;Jie Zhang
  • 通讯作者:
    Jie Zhang
Effects of hydrogen peroxide, sodium carbonate, and ethanol additives on the urea-based SNCR process.
过氧化氢、碳酸钠和乙醇添加剂对尿素 SNCR 工艺的影响。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.145551
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    The Science of the total environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianjun Cai;Wenheng Zheng;Quan Wang
  • 通讯作者:
    Quan Wang
Syngas production by chemical looping co-gasification of rice husk and coal using an iron-based oxygen carrier
使用铁基氧载体通过稻壳和煤的化学链共气化生产合成气
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2021.122100
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Ming Luo;Haiyan Zhang;Shuxiang Wang;Jianjun Cai;Yanjun Qin;Lunzheng Zhou
  • 通讯作者:
    Lunzheng Zhou

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其他文献

基于CuO/SiO_2载氧体的化学链氧解耦燃烧实验研究
  • DOI:
    10.13301/j.cnki.ct.2017.12.105
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤炭技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗明;易旸;刘科;蔡建军;杜敏;王助良
  • 通讯作者:
    王助良
催化剂的添加对煤化学链燃烧过程的影响研究
  • DOI:
    10.13301/j.cnki.ct.2017.11.128
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    煤炭技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗明;易旸;刘科;蔡建军;杜敏;王助良
  • 通讯作者:
    王助良
腐殖酸对Al~0-O_2体系去除双酚A的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    工业用水与废水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡建军;董海洁;林坤德
  • 通讯作者:
    林坤德
基于欧式距离变换的人体2D关节点标定
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机仿真
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡建军;孔令富;李海涛;CAI Jian-jun,KONG Ling-fu,LI Hai-tao(College of In
  • 通讯作者:
    CAI Jian-jun,KONG Ling-fu,LI Hai-tao(College of In

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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