功能基修饰超高交联吸附树脂的制备及其对生物丁醇发酵废水中有机酸的吸附机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51508547
  • 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:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 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

The environmental pollution caused by large quantities of biobutanol fermentation wastewater is extraordinary serious, which needs to be solved. In recent years, adsorption as an efficient separation technology has been greatly developed for the treatment of organic chemical wastewater pollution and become the hotspot of the current research. However, the major problem in practical application of cyclic utilization of biobutanol fermentation wastewater is the inhibitory effect of organic acid and color to the Clostridium acetobutylicum. Firstly, this project aims at synthesizing a series of novel modified hyper-cross-linked adsorption resins in terms of uniform size, high selectivity, high adsorption capacity, controllable pore structures and surface properties by chemically binding different polar functional groups onto host polymeric matrixes. Subsequently, the quantitative structure-activity relationship between organic acids in biobutanol fermentation wastewater and these modified resin adsorbents will be explored in terms of matrix composition, pore size distribution, and surface properties. Furthermore, we will systematically investigate the effect of adsorption thermodynamics, dynamics, in order to clarify the diffusion and mass transfer mechanism of organic acids in biobutanol fermentation wastewater in the pore of modified resin adsorbent. Then we will establish a chromatographic column model to predict the separation of biobutanol fermentation wastewater in the column. This research will develop integral process on the basis of new modified resin adsorbent for effective removal and recovery of organic acids from biobutanol fermentation wastewater. All the results available are believed to open a new field to design new polymeric adsorbents and provide the theoretical basis and technical support for biobutanol fermentation wastewater treatment.
发酵法生产丁醇排出的废水不仅量大且污染非常严重,需亟待解决。近年来吸附分离技术在有机化工废水污染治理方面有很大的发展,是当前研究的热点。本项目针对生物丁醇发酵废水直接循环利用时废水中有机酸、色素等抑制剂对丙酮丁醇梭菌发酵产生抑制的关键问题,拟从微球介质结构的定向设计和控制方面入手,研制尺寸均一、高吸附选择性、高吸附容量、且孔结构和表面性质可控的功能基修饰超高交联吸附树脂。探索改性树脂骨架结构、孔分布、表面性质与生物丁醇发酵废水中有机酸等抑制剂吸附性能之间的“构效关系”。通过吸附热力学和动力学研究,阐明生物丁醇发酵废水中有机酸等抑制剂在树脂内部的扩散与传质机理;建立色谱柱内的模型,预测生物丁醇发酵废水中有机酸等抑制剂在色谱柱内的分离结果,开发以树脂吸附为核心的生物丁醇发酵废水中有机酸等抑制剂的高效净化与回用集成技术,为树脂吸附法在工业废水处理及资源化领域中的应用拓展提供理论基础与技术支持。

结项摘要

吸附分离技术是一种集有机物去除和资源回收为一体的实用技术,并满足“4-E” 标准:高效、经济、环保和容易操作。新型吸附剂的合成和应用已成为环保领域的重要研究方向之一。本项目以提高吸附剂对亲水性强、低碳数的有机酸吸附/脱附性能为目标,具体解析功能基修饰超高交联吸附树脂骨架结构、表面性质和孔分布与废水中有机酸、色素等抑制剂吸附性能之间“构效关系”的基础上,通过引入酯基、酰胺基进行修饰,利用氢键作用力的方向性和短程性提高超高交联吸附树脂的吸附/脱附性能。重点研究超高交联吸附树脂吸附有机酸的热力学及动力学模拟,阐明了扩散传质机制,同时构建色谱柱内动态柱吸附数学模型,预测有机酸等抑制剂在色谱柱内的分离结果。本项目根据生物丁醇发酵废水中组分的特性,系统考察了不同单体/交联剂比例、致孔剂用量、致孔剂中良/非良溶剂比、非良溶剂的类型对聚苯乙烯二乙烯苯树脂结构以及对稻草秸秆水解液(用于制备生物丁醇)、生物丁醇发酵废水中糖、有机酸、呋喃衍生物、色素和酸溶木质素的吸附性能的影响。研究发现,聚苯乙烯二乙烯苯树脂的比表面积对色素、呋喃衍生物和酸溶木质素的吸附起着关键的作用,而孔径分布对有机酸和糖的吸附至关重要。相关研究结果发表在Ind. Eng. Chem. Res. ( 2018,补充封面文章,他引1次),申请4项中国发明专利。构建了描述SY-01单组分及多组分固定床柱吸附分离有机酸的模型,模拟不同操作条件下有机酸在SY-01树脂固定床柱上的吸附行为,相关研究结果发表在Sep. Purif. Tech. (2017,他引10次)、Chemosphere (2017,他引14次)、Ind. Eng. Chem. Res. ( 2018,补充封面文章,他引4次)。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Combined "de novo" and "ex novo" lipid fermentation in a mix-medium of corncob acid hydrolysate and soybean oil by Trichosporon dermatis.
皮毛孢子菌在玉米芯酸水解产物和大豆油的混合培养基中进行“从头”和“从头”联合脂质发酵
  • DOI:
    10.1186/s13068-017-0835-8
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biotechnology for biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Huang C;Luo MT;Chen XF;Qi GX;Xiong L;Lin XQ;Wang C;Li HL;Chen XD
  • 通讯作者:
    Chen XD
Enhanced enzymatic hydrolysis and acetone-butanol-ethanol fermentation of sugarcane bagasse by combined diluted acid with oxidate ammonolysis pretreatment
稀酸联合氧化氨解预处理甘蔗渣强化酶解丙酮丁醇发酵
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2016.12.119
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Hailong Li;Lian Xiong;Xuefang Chen;Can Wang;Gaoxiang Qi;Chao Huang;Mutan Luo;Xinde Chen
  • 通讯作者:
    Xinde Chen
Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies of acid soluble lignin adsorption from rice straw hydrolysate by a self-synthesized macro/mesoporous resin
自合成大介孔树脂吸附稻草水解液中酸溶性木质素的平衡、动力学和热力学研究
  • DOI:
    10.1039/c7ra01058c
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Huang, Qianlin;Lin, Xiaoqing;Chen, Xinde
  • 通讯作者:
    Chen, Xinde
Elucidating the Beneficial Effect of Corncob Acid Hydrolysate Environment on Lipid Fermentation of Trichosporon dermatis by Method of Cell Biology
用细胞生物学方法阐明玉米芯酸水解物环境对皮毛孢子脂质发酵的有益影响
  • DOI:
    10.1007/s12010-015-1956-9
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Applied Biochemistry and Biotechnology
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Chao Huang;Can Wang;Lian Xiong;Xue-Fang Chen;Xiao-Qing Lin;Gao-Xiang Qi;Si-Lan Shi;Bo Wang;Xin-De Chen
  • 通讯作者:
    Xin-De Chen
Using wastewater after lipid fermentation as substrate for bacterial cellulose production by Gluconacetobacter xylinus
利用脂质发酵废水作为木葡糖醋杆菌生产细菌纤维素的底物
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2015.09.043
  • 发表时间:
    2016-01-20
  • 期刊:
    CARBOHYDRATE POLYMERS
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Huang, Chao;Guo, Hai-Jun;Chen, Xin-De
  • 通讯作者:
    Chen, Xin-De

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其他文献

1956-2018年太湖流域降水统计特征及演变趋势
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    水资源保护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许钦;叶鸣;蔡晶;刘露霖;林晓清
  • 通讯作者:
    林晓清

其他文献

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交替自由基共聚超高交联吸附树脂一步法构筑及其对呋喃醛类化合物的高效分离
  • 批准号:
    21978053
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    66 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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

        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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