生物膜法煤矿瓦斯治理微通道反应器内多相流动及传输特性

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51406227
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    郭成龙
  • 依托单位：
    中国矿业大学
  • 学科分类：
    E0603.传热传质学
  • 结题年份：
    2017
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Microchannel reactor based on coal mine gas treated by biofilm technique is a complex biochemical reaction system. Biochemical conversion processes of microorganism have a significant impact on the characteristics of multiphase flow and transport in the reactor, and then greatly effecting the biochemical degradation performance. The project focuses on studying the characteristics of multiphase flow and transport in microchannel reactor based on coal mine gas treated by biofilm technique.the visualization experimental will be conducted on investigation the characteristics of multiphase flow and transport, and the variations of the surface morphology and structural characteristics of biofilm formed under different conditions as well as the characteristics of multiphase flow and transport and biochemical conversion performance in reactor will be measured. Based on the actual structure characteristics parameters of the biofilm, multi-component transport model for micro-scales and flow and transport model for macro-REV scales in biofilm will be established. And then, the theoretical model of multiphase flow as well as transport and biochemical conversion of reactants in microchannel reactor will be constructed for the boundary conditions with the biochemical conversion process of biofilm. The project aims to reveal the variation of multiphase flow and transport characteristics in the microchannel reactor based on coal mine gas treated by biofilm technique, providing theoretical and experimental evidence for the research and application of microchannel reactor in the field of biochemical conversion of coal mine gas.
生物膜法煤矿瓦斯治理微通道反应器是一个复杂的生化反应体系。微生物生化转化过程对反应器内多相流动及传输特性有着显著的影响，进而对反应器生化降解性能产生极大的作用。本项目将以生物膜法煤矿瓦斯治理微通道反应器作为研究对象，对反应器内多相流动及传输特性进行系统的科学研究。内容主要包括：完成微通道反应器内多相流动及传输特性的可视化实验研究，测量不同条件下所形成的生物膜的表面形态和结构特征以及反应器内多相流动传输特性和生化转化性能的变化规律，进而依据实际的生物膜结构特征参数，建立生物膜微孔尺度下的多组分传输模型和生物膜宏观REV尺度下的流动及传输模型，并以此为基础，构建以生物膜生化反应过程为边界条件的微通道反应器内多相流动和反应物传输及转化理论模型。本项目旨在揭示生物膜法煤矿瓦斯治理微通道反应器内多相流动及传输特性的变化规律，为微通道反应器在煤矿瓦斯生化转化领域的研究和应用提供理论和实验依据。

结项摘要

煤矿瓦斯的生化转化过程具有运行成本廉价，操作条件稳定，能耗投入较低，清洁环保等特点。微通道反应器具有比表面积大，安全性能高，传质速率快，操作性能好，易于放大设计和开发周期短等优势。在二者相结合的复杂生化反应体系内，反应器内多相流动及传输特性对微生物生化转化过程有着显著的影响，进而对反应器生化降解性能产生极大的作用。本项目以探明微通道反应器内多相流动与传输特性为研究目标，开展针对微通道反应器内多相流动及传输特性与生物膜生化转化过程的实验研究和理论分析工作。主要研究生物膜形态结构、多相流动传输特性、生物膜生化转化性能变化规律、生物膜内物质传输特性，从而有效地促进微通道反应器在煤矿瓦斯生物治理中的应用。利用离线观测手段，获取了生物膜的表面形态和三维立体结构特征，揭示了甲烷氧化菌的成膜特性和生物膜物质形态结构特征，为生物膜内物质传输理论提供支撑；设计和加工了微通道反应器，构建了气-液-固三相生化反应体系，对微通道反应器内的生物膜生长过程和多相流动进行了可视化实验研究，分析了气弹运动对甲烷氧化菌运动、分布和粘附生长的影响，揭示了生物膜生长和多相流动之间的耦合作用，以及其对反应器生化转化能力的影响规律；针对微通道反应器内多相流动及传输特性进行了系统的可视化实验研究，揭示了不同操作工况下微通道内反应器内的多相流动传输特性和生化转化性能的变化规律；观察了不同结构微通道反应器内的生物膜结构形态和分布特征，获得了生物膜成膜特性和气液两相流动特性对反应器生化转化性能的影响规律；数值模拟得到了不同入口形式微通道的气泡生成及气液两相流动特性，并获得了操作工况对气液两相流动特性的影响规律，为微通道反应器内的物质传输提供了理论依据。得到的微通道反应器内生物膜生长、多相流动、物质传输和生化转化等方面的成果，为生物膜法煤矿瓦斯治理微通道反应器的性能提升和应用开发奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（13）
专利数量（2）
A multiphase mixture model for substrate concentration distribution characteristics and photo-hydrogen production performance of the entrapped-cell photobioreactor
捕获细胞光生物反应器底物浓度分布特征和光产氢性能的多相混合模型
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2015.01.022
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Guo Cheng-Long;Cao Hong-Xia;Pei Hong-Shan;Guo Fei-Qiang;Liu Da-Meng
  • 通讯作者：
    Liu Da-Meng
Enhanced photo-H-2 production by unsaturated flow condition in continuous culture
连续培养中不饱和流动条件增强 photo-H-2 产量
  • DOI：
    10.1007/s10529-014-1677-0
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Biotechnology Letters
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Guo Cheng-Long;Cao Hong-Xia;Guo Fei-Qiang;Huang Cong-Liang;Wang Huan-Guang;Rao Zhong-Hao
  • 通讯作者：
    Rao Zhong-Hao
Simulation on characteristics of photo-hydrogen production and substrate degradation under various stacking types
不同堆叠类型下光产氢和基质降解特性的模拟
  • DOI：
    10.1016/j.ijhydene.2015.06.152
  • 发表时间：
    2015-09
  • 期刊：
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Guo Cheng-Long;Pei Hong-Shan;Cao Hong-Xia;Guo Fei-Qiang;Liu Da-Meng;Li Yi-Min
  • 通讯作者：
    Li Yi-Min
Modifying surface properties of KIT-6 zeolite with Ni and V for enhancing catalytic CO methanation
用 Ni 和 V 改性 KIT-6 沸石的表面性质以增强催化 CO 甲烷化
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2017.07.138
  • 发表时间：
    2017-12-31
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Cao, Hong-Xia;Zhang, Jun;Ren, Xiang-Kun
  • 通讯作者：
    Ren, Xiang-Kun
Two-phase mixture model for substrate degradation and photo-hydrogen production in an entrapped-cell photobioreactor under various light intensities
不同光强度下捕获细胞光生物反应器中底物降解和光产氢的两相混合模型
  • DOI：
    10.1039/c4ra15988h
  • 发表时间：
    2015-02
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Guo Cheng-Long;Cao Hong-Xia;Pei Hong-Shan;Guo Fei-Qiang;Liu Da-Meng
  • 通讯作者：
    Liu Da-Meng

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其他文献

滑动导轨结合面动刚度的试验研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
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    --
  • 作者：
    郭成龙;袁军堂;王维友;夏玲玲;黄俊;Guo Chenglong1,2 Yuan Juntang1 Wang Weiyou1 Xia Lingling1 Hua
  • 通讯作者：
    Guo Chenglong1,2 Yuan Juntang1 Wang Weiyou1 Xia Lingling1 Hua
微型流化床内松木屑和煤泥等温混合热解特性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    化工学报
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    --
  • 作者：
    李天涛;郭飞强;王岩;郭成龙;董玉平
  • 通讯作者：
    董玉平
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
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  • 作者：
    郭成龙;袁军堂;张华;汪振华
  • 通讯作者：
    汪振华
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  • DOI：
    --
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  • 作者：
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花瓣状γ-Bi2MoO6微米晶的可控制备及其对CCl4的催化降解
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    河南科技大学学报（自科版）
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    董亚娜;王杨;郭成龙;张军;米刚
  • 通讯作者：
    米刚

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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