高强度蓬松三维纳米纤维吸附材料的静电纺成型调控机制及其去除抗生素的机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51578525
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    郑煜铭
  • 依托单位：
    中国科学院城市环境研究所
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

This project aims to fabricate a novel three dimensional (3D) electrospun nanofiber material and develop a solution to effectively remove trace antibiotics from the municipal wastewater, and to promote the improvement of quality of water environment in our country. We are planning to analyze the physiochemical properties of the typical antibiotics in the water body, and then select the polymers and/or inorganic precursors which have strong adsorption affinity towards the typical antibiotics for the electrospinning of nanofibers; After that, novel 3D nanofibers with fluffy structure will be fabricated through the liquid-assisted collection and the optimization of electrospinning parameters; Specific efforts will be made to develop the strategies to enhanced the mechanical strength of the 3D nanofibers and to improve the adsorption affinity towards the antibiotics. The adsorption performance and mechanism of the antibiotics will be investigated through adsorption column test and spectroscopy analysis. New adsorption column water treatment reactor will be designed according to the properties of the 3D nanofibers adsorbent, mathematical model will be developed to simulate the adsorption process. A new process for efficient elimination of trace antibiotics in municipal wastewater by “3D nanofiber column adsorption” will be developed. This project may provide promising new materials and methods for the efficient removal of trace pollutants from water.
本项目面向我国水环境中广泛存在的低浓度抗生素污染问题，围绕污水中典型微量抗生素的高效去除，拟通过解析污水中典型抗生素的化学结构特征，设计制备高强度蓬松三维纳米纤维高效吸附材料，针对三维纳米纤维高效吸附材料的微纳结构成型调控规律和污染物去除机理等一系统基础科学问题展开研究工作。研究静电纺三维纳米纤维的机械强度增强策略，分析三维微纳结构吸附活性提升的表面修饰方法与控制规律，明确三维纳米纤维过滤柱模式的低阻、高效吸附控制规律；研究三维纳米纤维材料表面吸附抗生素的动力学、热力学特性和调控机理；构建匹配的过滤柱吸附水处理反应器，建立数学模型，反馈优化反应器结构、运行参数与三维纳米纤维吸附材料设计，发展基于三维纳米纤维的水中微量污染物的高效过滤吸附去除新方法。

结项摘要

本项目针对当前水中常见低浓度有机污染物的危害问题，以抗生素、油污等为模拟污染物，开展静电纺三维纳米纤维功能材料的可控制备研究，并系统地研究了其吸收、吸附和催化去除对水中不同污染物的性能和机制。通过本项目研究，发展了静电纺-液相接收制备蓬松结构三维纳米纤维的方法，阐明了液相接收纳米纤维的界面过程机理，通过预氧化与低温碳化处理提高了纳米纤维三维结构的稳定性，制备得到具有优异可压缩、回弹性能和吸油容量大的碳纳米纤维气凝胶（CNFAs）；采用氧化石墨烯（GO）片层水分散液作为静电纺接收液体，制备结构稳定性更高、机械性能更好的纳米纤维/氧化石墨烯气凝胶（CNF/GOAs），对各类油类污染物的吸收量达到自重的120-286倍；在纺丝液中加入造孔剂，以GO分散液为接收液体，经过冷冻干燥、热稳定化处理后制备出三维多孔碳纳米纤维/氧化石墨烯复合气凝胶(PCNF/GOAs)，该三维纳米纤维表面与内部分布着大量孔隙和活性位点，对抗生素吸附容量大；通过将纳米零价铁原位负载在三维纳米纤维上，制备出吸附强化型海绵铁催化材料，在此基础上构建了集吸附和催化于一体的三维电Fenton反应体系，可高效吸附协同电催化降解水中的抗生素污染物。项目研究发展了基于三维纳米纤维的水中低浓度污染物的高效吸收、吸附和催化去除新方法，发表了相关SCI论文15篇，申请相关发明专利6项。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Synthesis of Silver Nanoparticles Embedded Electrospun PAN Nanofiber Thin-Film Composite Forward Osmosis Membrane to Enhance Performance and Antimicrobial Activity
合成银纳米颗粒嵌入静电纺丝 PAN 纳米纤维薄膜复合正向渗透膜以增强性能和抗菌活性
  • DOI：
    10.1021/acs.iecr.8b04893
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Pan Shu-Fang;Ke Xiao-Xue;Wang Ting-Yu;Liu Qing;Zhong Lu-Bin;Zheng Yu-Ming
  • 通讯作者：
    Zheng Yu-Ming
Flexible electrospun MWCNTs/Ag3PO4/PAN ternary composite fiber membranes with enhanced photocatalytic activity and stability under visible-light irradiation
柔性电纺MWCNTs/Ag3PO4/PAN三元复合纤维膜在可见光照射下具有增强的光催化活性和稳定性
  • DOI：
    10.1007/s10853-018-2334-0
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Journal of Materials Science
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Wu Xiao-Qiong;Shen Jiang-Shan;Zhao Fei;Shao Zai-Dong;Zhong Lu-Bin;Zheng Yu-Ming
  • 通讯作者：
    Zheng Yu-Ming
Polymer induced one-step interfacial self-assembly method for the fabrication of flexible, robust and free-standing sers substrates for rapid on-site detection of pesticide residues
聚合物诱导一步界面自组装方法，用于制造灵活、坚固、独立的 Sers 基底，用于快速现场检测农药残留
  • DOI：
    doi:10.1039/c9nr02851jrsc.li/nanoscale
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Peng Wu;Lu-Bin Zhong;Qing Liu;Xi Zhou;Yu-Ming Zheng
  • 通讯作者：
    Yu-Ming Zheng
Electrospun spongy zero-valent iron as excellent electro-Fenton catalyst for enhanced sulfathiazole removal by a combination of adsorption and electro-catalytic oxidation
静电纺丝海绵零价铁作为优异的电芬顿催化剂，通过吸附和电催化氧化相结合来增强磺胺噻唑的去除
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2019.03.043
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Yi-Ping Chen;Li-Ming Yang;J. Paul Chen;Yu-Ming Zheng
  • 通讯作者：
    Yu-Ming Zheng
Rational Design of 3D Urchin-like FeMnxOy@FeOOH for Water Purification and Energy Storage
用于水净化和储能的 3D 海胆状 FeMnxOy@FeOOH 的合理设计
  • DOI：
    10.1021/acssuschemeng.7b02689
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Zhong Lu-Bin;Liu Qing;Zhu Jun-Qiu;Yang Yue-San;Weng Jian;Wu Peng;Zheng Yu-Ming
  • 通讯作者：
    Zheng Yu-Ming

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High-efficiency low-resistance PM2.5 composite fiber filtering membrane and electrostatic spinning preparation method
高效低阻PM2.5复合纤维过滤膜及静电纺丝制备方法
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  • 发表时间：
    2014-03-24
  • 期刊：
  • 影响因子：
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  • 作者：
    郑煜铭;吴仁香;陈澍
  • 通讯作者：
    陈澍
共模电流对多探头天线测量系统影响的研究
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  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    仪器仪表学报
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  • 作者：
    郑煜铭;漆一宏;黎福海;王维龙
  • 通讯作者：
    王维龙

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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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