改性活性炭纤维多孔材料脱附-降解协同再生过程传热传质机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806083
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The desorption regeneration of adsorption materials and volatile organic compounds (VOCs) degradation are indispensable to the treatment technology of VOCs using the adsorption method. Due to the degradation of VOCs in situ cannot be achieved synchronously in the traditional desorption regeneration process of the porous activated carbon fibers materials, this research proposal aims to develop a synergistic regeneration method of the desorption-degradation of the modified activated carbon fibers. The proposed method tries to control the electric power and the degradation rate dynamically, thus facilitating the regeneration of adsorption materials and the degradation of VOCs in situ synchronously. The experimental study is used to investigate the effects of temperature and ozone concentration on the efficiency and stability of the synergistic regeneration process. Meanwhile, a lattice -Boltzmann simulation model, which is coupled with the desorption and degradation reaction, is developed to explore the heat and mass transfer process, and the coupling mechanism with VOCs desorption and degradation in the porous structures of activated carbon fibers materials. On the basis of the experimental study and numerical simulation, the results can be used to elucidate the effects of operation condition, heat and mass transfer behavior on the performance of synergistic regenerative process, then optimize the control mechanism of regeneration process and the porous structures of modified activated carbon fibers materials. Consequently, this project can offer theoretical foundation for the high efficiency regeneration technology of activated carbon fiber porous materials with VOCs degradation in situ.
吸附材料的脱附再生及挥发性有机物(VOCs)降解是吸附法处理VOCs技术不可或缺的重要环节。针对传统的活性炭纤维材料电热脱附再生工艺无法同步实现VOCs原位降解等问题,项目拟提出改性活性炭纤维多孔材料的脱附-氧化降解协同再生方法,尝试采用动态调控电热功率及氧化降解速率的方式,利用两者协同作用提高吸附材料再生过程性能并实现VOCs的原位降解。项目通过实验研究分析温度、臭氧浓度等因素对协同再生过程效率及稳定性的影响规律,并发展耦合脱附作用及降解反应的格子Boltzmann模拟方法,探索活性炭纤维多孔吸附材料复杂孔隙结构内传热传质过程以及与VOCs脱附、降解行为的耦合作用关系。结合实验和数值模拟研究结果阐明运行条件及热质传递行为对协同再生过程的影响机理,进而寻求协同再生运行过程调控机制及多孔材料结构优化方法。项目实施将为发展VOCs原位降解的活性炭纤维多孔材料高效再生技术提供理论依据。

结项摘要

吸附材料的脱附再生及挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)降解是吸附法处理VOCs技术不可或缺的重要环节。为探索用于VOCs脱除的改性活性炭纤维(Activated carbon fiber, ACF)多孔材料电热脱附-臭氧降解协同再生方法,揭示ACF毡材料孔隙结构内热质传递及与电热脱附、臭氧降解之间的耦合作用机理。项目建立了耦合VOC吸/脱附及降解反应作用的传输过程格子Boltzmann(LB)模型,阐明了载气流速、再生温度及臭氧浓度等运行条件以及孔隙结构变形对多孔材料再生过程的影响规律;提出了ACF毡内部非均质电沉积二氧化锰纳米颗粒的改性方法。.研究结果表明:(1)在电热脱附过程中,增大电功率可以提高重构的ACF毡的升温速率,同时也显著提高了VOC的脱附速率。此外,载气流速对ACF毡的电热脱附过程有重要影响。较高的载气体积流量会稀释从ACF中脱附出来的VOC浓度,导致峰浓度降低,脱附曲线形状变宽。另一方面,冷载气流速越大,电热脱附过程运行温度越低,从而降低了ACF毡中VOC的脱附速率。(2)对于电热脱附-臭氧降解协同再生过程,结果证明臭氧化反应提高了ACF对VOC的脱附速率,强化了吸附饱和的ACF毡的再生能效。载气流速对协同再生工艺的性能有重要影响。随着载气流量的减小,ACF毡的瞬态VOC浓度和过程平衡温度升高,在较低的载气流速下,VOC的脱附效率显著提高。(3)对于可变形的多孔结构,在受吸附质传质速率所控制的浓度下降期内,多孔结构的收缩变形明显降低了脱附过程的速率。(4)通过毛细力自润湿电沉积手段,可以制备二氧化锰催化剂纳米颗粒的梯度负载ACF毡,为VOC高效降解技术发展提供基础。.本项目的研究不仅对于完善多孔介质反应传输基础理论具有重要的科学意义,也将为VOCs吸附处理技术的发展提供支撑。另外,项目所发展的基础模型和研究方法还推广到多孔电极内反应传输过程特性研究。基于本项目研究成果,共在国内外期刊发表论文13篇,其中SCI论文12篇、EI论文1篇(不含SCI、EI双收录);申请发明专利2件(其中已授权1件);培养研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(2)
Performance improvement of non-aqueous iron-vanadium flow battery using chromium oxide-modified graphite felt electrode
氧化铬改性石墨毡电极提高非水铁钒液流电池性能
  • DOI:
    10.1007/s11581-021-04222-7
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Ionics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhao Lijuan;Ma Qiang;Xu Qian;Su Huaneng;Zhang Weiqi
  • 通讯作者:
    Zhang Weiqi
Pore-scale investigation of reactive transfer process in a deep eutectic solvent (DES) electrolyte-based vanadium-iron redox flow battery
基于深共晶溶剂(DES)电解质的钒铁氧化还原液流电池中反应转移过程的孔隙尺度研究
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2020.136486
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Ma Qiang;Zhao Lijuan;Xu Juncai;Su Huaneng;Zhang Weiqi;Yang Weiwei;Xu Qian
  • 通讯作者:
    Xu Qian
Pore-scale study on heat and mass transfer of electrothermal swing adsorption process into X-ray tomography reconstructed activated carbon fibre felt
X射线断层扫描重构活性炭纤维毡电热变吸附过程传热传质的孔隙尺度研究
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2021.116494
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Ma Qiang;Zhao Lijuan;Chen Zhenqian;Su Huaneng;Xu Qian
  • 通讯作者:
    Xu Qian
Numerical study of mass transfer and desorption behaviors in deformable porous media using a coupling lattice Boltzmann model
使用耦合晶格玻尔兹曼模型对可变形多孔介质中的传质和解吸行为进行数值研究
  • DOI:
    10.1103/physreve.102.023309
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physical Review E
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Ma Qiang;Zhao Lijuan;Su Huaneng;Chen Zhenqian;Xu Qian
  • 通讯作者:
    Xu Qian
Numerical investigation of coupling effects of gradient porous electrode and flow channel pattern on iron-vanadium redox flow battery
梯度多孔电极与流道模式对铁钒氧化还原液流电池耦合效应的数值研究
  • DOI:
    10.1080/15435075.2021.1998778
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    International Journal of Green Energy
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Mao Chaowei;Ma Qiang;Li Huanhuan;Su Huaneng;Xu Qian
  • 通讯作者:
    Xu Qian

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其他文献

Hadean continental crust in the southern North China Craton: Evidence from the Xinyang felsic granulite xenoliths
华北克拉通南部的深古宙陆壳:来自信阳长英质麻粒岩捕虏体的证据
  • DOI:
    10.1016/j.precamres.2017.10.011
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Precambrian Research
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    平先权;郑建平;汤华云;马强;Griffin W. L.;熊庆;苏玉平
  • 通讯作者:
    苏玉平
重力梯度数据模拟及其在惯性导航中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    园艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙平平;鞠明岫;马强;李正男
  • 通讯作者:
    李正男
耐低温甜瓜新品种 ‘豫甜蜜 ’
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡建斌;袁升凯;马强;张金宝;孙中伟;李琼;何颖悦;刘小云;杨路明;朱华玉;马志伟;孙守如;马长生
  • 通讯作者:
    马长生
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  • DOI:
    10.3866/pku.whxb202009049
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田立亮;张玮琦;解政;彭凯;马强;徐谦;Sivakumar Pasupathi;苏华能
  • 通讯作者:
    苏华能

其他文献

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马强的其他基金

液流电池梯度化碳纳米纤维多孔电极内反应传输过程机理及多尺度结构调控研究
  • 批准号:
    52276066
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
液流电池梯度化碳纳米纤维多孔电极内反应传输过程机理及多尺度结构调控研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    54 万元
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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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