环境污染物低压电化学转化的系统强化及机制解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876040
  • 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:
    B0604.水污染与控制化学
  • 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

Electrochemical oxidation is an important strategy for water treatment. Pollutants conversion at low bias before oxygen evolution possesses the main advantages of high current efficiency and low energy consumption. However, at the same time, this simple electrochemical strategy still has several intrinsic bottlenecks, such as low activity, slow kinetics, weak stability and limited capacity for practical applications. In this proposal, we would like to in situ construct the inorganic and organic Fenton catalytic systems in the low-bias electrochemical conversion system aiding by the in-situ generated anodic polymers with abundant quinone function groups and excellent charge-transfer reactivity, and to construct the photochemical catalytic system in the low-bias electrochemical conversion system aiding by the functional transition metal oxides as anodic materials with both excellent anodic and photochemical activities. By these ways, the in-situ generated anodic polymers with highly stable and resistant capacities could be effectively removed from electrode surface in the oxidative mode, then the electrode anti-fouling and reactive sites regeneration could be efficiently realized in the refined low-bias electrochemical conversion systems, which could strongly promote the effective, stable and cost-effective removal of organic pollutants from water and wastewater. Meanwhile, we aimed to systematically investigate the removal efficiency, catalytic mechanism and technical properties of the refined low-bias electrochemical conversion systems during typical refractory pollutants degradation for a long-term operation. These findings might provide a new chance to refine the electrochemical water treatment, as well as its potentials for practical applications.
电化学氧化是一种重要的水污染控制手段。在析氧副反应发生前的污染物低压转化体系具有电流效率高和电能消耗低的技术优势,但同时存在催化活性弱、反应动力学慢、工艺稳定性差和处理能力小等工艺缺陷,极大制约其水处理实际应用潜能。本项目拟在污染物低压电化学转化体系内部分别借助阳极聚合物的优异电子穿梭能力和部分阳极材料的光、电双重催化特性来原位构建类Fenton氧化和光催化氧化等耦合反应系统,利用氧化能力突出的各种活性自由基选择性将被沉积于电极表面、物化性质稳定和难以被有效转化的电化学聚合物进一步降解,达到消除电极污染、再生吸附和催化活性位点和提高电化学工艺效能,最终实现污染物低压转化体系低耗、高效和稳定运行。通过深入研究和探讨低压电化学强化转化工艺在典型持久性有机污染物深度去除过程中的去除效果、作用机制和技术特性,为电化学水处理技术提供有效的强化策略和提升应用潜能。

结项摘要

项目执行期内,发展和揭示多种“低压电化学强化转化体系”的构建方法、催化机制和反应特性,探究多种环境友好型催化剂的优化制备参数和获取方法,试制并系统测试2套高效、稳定的水处理样本装置。研究典型纳米材料作为环境光催化剂、电催化剂和类芬顿催化剂在污染物吸附、氧化剂活化和多相催化反应过程中活性表界面的物化结构、配位环境和电荷分布的微观变化及转移规律,提高功能材料和组装结构针对典型有机微污染物的富集、降解效能,发展基于纳米材料与催化技术高效耦合的水质净化新体系和新技术,实现典型有机微污染物的高效转化和彻底去除。面向低浓度持久性有机污染物的高效清除,强化电化学耦合体系将目标污染物的界面吸附、催化降解和活性再生进行耦合集成。. 主要发展以低压电化学转化过程中产生的活性阳极聚合物为关键电子传递媒介的原位有机类Fenton体系、极性晶面调控TiO2阳极表面缺陷位点介导的光辅助低压电催化体系(低于析氧电位)、工业贵金属Pd中毒副产物Pd4S介导的多相类Fenton催化体系、极性晶面调控TiO2阳极介导的高压电催化体系(高于析氧电位)、环境和工业制品中有机微污染物的电催化检测和光化学再生体系、利用有机砷类污染物原位促进酚类污染物高效光催化降解策略、缺陷型TiO2活化过硫酸盐的类Fenton催化体系和采用缺陷工程手段调控WO3电子特性提高催化性能等。系统揭示强化耦合体系在不同反应条件下的催化效能、反应机制和能耗特性,深入分析饮用水/地表水源水中典型低浓度酚类污染物、农药、有机砷和腐殖质的富集、降解和矿化规律以及反应构效关系和电子交互效应,有效建立环境和工业制品中典型持久性有机微污染物的高效、稳定分析检测方法,初步阐明纳米材料的结构、性能和制备之间的内在联系。在此基础上,设计并运行2套“低压电化学转化强化系统”的水处理耦合反应器并完成系统优化,为后续工业应用系统设计研发提供理论依据和技术支撑。

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(1)
Non-radical activation of H2O2 by surface-disordered WO3 for efficient and selective pollutant degradation with weak matrix effects
通过表面无序 WO3 非自由基活化 H2O2,可在弱基质效应下高效、选择性地降解污染物
  • DOI:
    10.1007/s11356-019-06899-w
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Ai-Yong Zhang;Pin-Cheng Zhao;Yuan-Yi He;Yang Zhou;Jingwei Feng
  • 通讯作者:
    Jingwei Feng
Micro-Polluted Water Treatment by Biological Contact Oxidation Process: Aeration Mode and Bacteria Community Analysis
生物接触氧化法处理微污染水:曝气模式及细菌群落分析
  • DOI:
    10.1089/ees.2019.0198
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Environmental Engineering Science
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Xiangxiang Han;Jingwei Feng;Liu Zhang;Binhua Cui;Jibiao Zhang;Lijun Pan;Aiyong Zhang;Buxian Yuan
  • 通讯作者:
    Buxian Yuan
Photochemical Pollutant Degradation on Facet Junction-Engineered TiO2 Promoted by Organic Arsenical: Governing Roles of Arsenic-Terminated Surface Chemistry and Bulk-Free Radical Speciation
有机砷促进面连接工程 TiO2 的光化学污染物降解:砷封端的表面化学和本体自由基形态的控制作用
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2020.122159
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Ai-Yong Zhang;Yang Zhou;Xiao Liu;Nai-Hui Huang;Hai-Hong Niu
  • 通讯作者:
    Hai-Hong Niu

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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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