聚乙烯醇/氮化碳渗透汽化透水膜的微结构调控与分离机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878118
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Aiming at the problem of "upper-bound" line in the application of pervaporation membranes, namely how to solve the “Trade-off” effect between membrane selection and permeation? In this work, a novel kind of two-dimensional soft nanomaterial, graphitic carbon nitride (g-C3N4) with selective passages for water molecules, is selected to be chemically modified with different functional groups. This modified g-C3N4 will be embedded into the crosslinked poly(vinyl alcohol) (PVA) solution to prepare organic-inorganic hybrid pervaporation membranes. Then, the organic/inorganic interface morphology can be adjusted controllably through using hydrogen bond, chemical bond and coordination bond, thereby constructing an organic/inorganic hybrid membrane with multilayer microstructures. Using water/ethanol as evaluation system, the effect of grafting group structures, grafting density, dispersibility and compatibility of the modified g-C3N4 on the membrane separation properties will be studied in depth, thereby achieving the design and controllable preparation of PVA/g-C3N4 membranes with low cost, high stability, high separation performance. Also, molecular dynamics simulation will be used to study the diffusion kinetic behaviors of water and ethanol molecules in the hierarchical domain structures of PVA/g-C3N4 hybrid membranes. The influences of embedding of two-dimensional nanomaterials on the membrane hydrophobic, swelling behavior, free volume and interface morphology will be investigated, and the key factors affecting the mass transfer process of the hybrid membrane will be discussed. Through above studies, we hope to provide some theoretical basis for the controllable preparation of the anti “Trade-off" organic-inorganic hybrid membranes.
针对渗透汽化膜应用过程中“上限平衡”问题,即如何克服膜选择性与渗透性的“Trade-off”效应,以拥有水分子选择透过通道的二维纳米石墨相氮化碳(g-C3N4)为骨架,通过化学修饰赋予其功能基团后均匀分散到聚乙烯醇(PVA)溶液中交联涂膜,通过氢键、化学键、配位键等相互作用调控分离层中有机/无机过渡界面形态,构建具有多层次微结构的有机/无机杂化透水膜;以水/乙醇为评价体系,着重探究影响膜性能的接枝基团结构和密度、颗粒在PVA中分散性、相容性等关键因素,以期实现高稳定性、高分离性能PVA/g-C3N4膜的制备;采用分子模拟技术研究水和乙醇分子在PVA/g-C3N4膜多层次限域结构中的选择性传递与分离行为,分析二维纳米材料的嵌入对膜的亲疏水性、溶胀行为、自由体积、界面形态等的影响,从而阐明杂化膜限域传质过程中的关键影响因素,为调控制备反“Trade-off”效应的有机无机杂化膜奠定一定的基础

结项摘要

针对渗透汽化膜应用过程中“上限平衡”问题,将拥有水分子选择透过通道的二维纳米石墨相氮化碳(g-C3N4)、活化的g-C3N4(O- g-C3N4)和聚多巴胺修饰的g-C3N4 (PDA@O- g-C3N4)纳米片引入聚乙烯醇(PVA)基体中,制备了具有优良水/乙醇分离性能和良好水通道的高选择性杂化渗透汽化膜。通过调节聚乙烯醇(PVA)与g-C3N4之间的界面相互作用力,从氢键、刚性化学键到柔性化学键,制备了系列渗透汽化透水杂化膜,杂化膜的总通量从4634 g/(m2h)降到2328 g/(m2h);分离因子从32.4提高到57.9,最高达到202.2;该新型杂化膜可以有效地打破“权衡效应”。杂化膜连续运行120 h后,仍具有初始的渗透通量和分离因子,具有优异稳定性。具体创新点为:(1)以三聚氰胺为前驱体,制备出了具有类石墨的片层结构g-C3N4、O-g-C3N4和PDA@O-g-C3N4纳米片,三种纳米片表现出一种独特的耐热稳定性,分别高达710 ℃、763 ℃和725 ℃。(2)将3种纳米颗粒(g-C3N4,O- g-C3N4,PDA@O- g-C3N4)依次添加到PVA基质中,制备渗透汽化杂化复合膜,从而形成聚合物/无机界面的不同粘结力,从氢键(CPVA-g-C3N4)、刚性 (CPVA-O- g-C3N4)到柔性(CPVA-PDA@O- g-C3N4)无选择性化学键。对于纯CPVA膜,PVA侧链上的OH官能团与交联剂Sa中含有的COOH官能团之间的酯化反应是主要的化学反应;对于CPVA-g-C3N4膜,PVA和g-C3N4纳米片的界面相互作用主要是通过弱氢键;对于CPVA-O- g-C3N4膜,PVA和g-C3N4纳米薄片间的界面相互作用包括氢键和刚性化学键;在进一步接枝亲水性聚合物PDA后,PVA与g-C3N4之间的无选择性聚合物/无机界面孔道由氢键、刚性和柔性化学键所组成,杂化膜中的无选择性界面孔的数量明显的较少。(3)采用MD模拟预测聚乙烯醇/氮化碳杂化膜的结构与性能。g-C3N4增强膜的透水分离机理主要是g-C3N4层间的分子扩散差异,周期性晶格空穴筛分机理存在一定的缺陷。

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(1)
专利数量(2)
Gas exfoliation mechanisms ofgraphitic carbon nitride intofew‑layered nanosheets
石墨氮化碳成多层纳米片的气体剥离机制
  • DOI:
    10.1007/s10934-021-01169-y
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Porous Materials
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zheng Tao;Li Meisheng;Zhou shouyong;Zhao Yjiang;Zhong Zhaoxiang;Chen Chenglung
  • 通讯作者:
    Chen Chenglung
Construction of graphitic carbon nitride nanosheets via an improved solvent exfoliation strategy and interfacial mechanics insight from molecular dynamics simulations
通过改进的溶剂剥离策略和分子动力学模拟的界面力学见解构建石墨氮化碳纳米片
  • DOI:
    10.1007/s10934-021-01047-7
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Journal of Porous Materials
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zou Xiuyang;Zhao Yijiang;Li Meisheng;Zhou Shouyong;Chen Chenglung
  • 通讯作者:
    Chen Chenglung
Asymmetric poly (vinyl alcohol)/Schiff base network framework hybrid pervaporation membranes for ethanol dehydration
用于乙醇脱水的不对称聚(乙烯醇)/希夫碱网络框架混合渗透汽化膜
  • DOI:
    10.1016/j.eurpolymj.2021.110924
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    European Polymer Journal
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhao Dan;Li Meisheng;Jia Mingming;Zhou Shouyong;Zhao Yijiang;Peng Wenbo;Xing Weihong
  • 通讯作者:
    Xing Weihong
渗透汽化膜传递机理分子动力学模拟研究进展
  • DOI:
    10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2019.01.019
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    膜科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹修洋;王杰;李梅生;周守勇;赵宜江;钟璟
  • 通讯作者:
    钟璟
Adsorption behaviors and mechanism of heavy metals onto attapulgite functionalized by polyamine silane
聚胺硅烷功能化凹凸棒石对重金属的吸附行为及机理
  • DOI:
    10.1111/jace.17604
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of the American Ceramic Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xue Ailian;Zou Xiuyang;Zhou Shouyong;Li Meisheng;Zhu Liwen;Zhao Yijiang;Xing Weihong;Chen Chenglung
  • 通讯作者:
    Chen Chenglung

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其他文献

聚丙烯酸改性凹土对Pb~(2+)、Ni~(2+)和Cr~(3+)的选择性吸附
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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聚甲基丙烯酸丁酯-苯乙烯高吸油树脂的制备及其吸油性能研究
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    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邢卫红
聚甲基丙烯酸丁酯-苯乙烯/凹凸棒土复合吸油材料的制备及吸油性能研究
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    薛爱莲;吴奎;赵宜江;邢卫红
  • 通讯作者:
    邢卫红
氨基化凹土对水中焦性没食子酸的吸附
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    环境工程学报
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈智栋
pH敏感型管式陶瓷复合膜的制备
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    膜科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王辉;周守勇;李梅生;赵宜江;邢卫红
  • 通讯作者:
    邢卫红

其他文献

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赵宜江的其他基金

含高密度胺基新型凹土基吸附材料的制备及其吸附性能研究
  • 批准号:
    21276101
  • 批准年份:
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基于接枝聚合的抗污染易清洗复合陶瓷膜制备及其性能
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  • 资助金额:
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相似国自然基金

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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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