硝酸铈预处理菊芋秸秆高效制备纳米酶/多孔碳复合材料的热解机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901406
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1303.农业生物系统工程学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Jerusalem artichoke is an emerging cash and energy crop. Due to its high stress tolerance and adaptability, the cultivated area of Jerusalem artichoke continues to grow in China. Since the long stalks of Jerusalem artichoke (as long as 1~3 m) are rich in lignin, improper disposal of the stalks will cause severe problems for agricultural environment. However, complex pretreatment and low efficiency of conventional utilizing methods make them inapplicable for large-scale disposal of Jerusalem artichoke stalks. Therefore the development of efficient approaches of Jerusalem artichoke stalk utilization draws much attention. Biomass provides a rich natural carbon source for synthesis of porous carbon materials that serve as excellent supporting matrix for nanozymes. In preliminary studies, we have synthesized nanoceria loaded porous carbon by in situ pyrolysis of cerium nitrate pretreated Jerusalem artichoke stalks and found that the nanoceria/porous carbon nanocomposite shows exceptional charge transfer rate and electrochemical catalytic activity. Therefore in this proposal we intend to comprehensively study the reaction pathways and interaction mechanisms of co-pyrolysis of cerium nitrate pretreated Jerusalem artichoke stalks, as well as the regulatory mechanism of synthesis of porous carbon matrix and effective nanoceria loading for electrochemical performance enhancement. The success of the project will highly improve the efficient utilization of Jerusalem artichoke stalk biomass, and provide a native loading approach for the production of nanozyme/porous carbon nanocomposite, thus proving of great significance in the fields of agricultural waste utilization and electrochemical material fabrication.
菊芋是一种新兴的经济与能源作物。由于抗逆性强、适应性广、改善土壤,种植规模不断扩大。菊芋秸秆长达1~3米,其中富含木质素,处理不当会给农业生产环境带来负担。常规的菊芋秸秆利用方式前处理复杂、效率低,不能满足大规模处理的需求。因此开发菊芋秸秆的高效利用方式已经引起重视。生物质是合成多孔碳材料的天然碳源,而多孔碳可作为负载纳米酶的优良基质。前期研究中申请人先通过硝酸铈预处理菊芋秸秆,再原位热解的方式高效制备了纳米氧化铈负载的多孔碳,具有卓越的电荷传递和电化学催化性能。因此本项目拟深入研究硝酸铈预处理的菊芋秸秆热解过程的化学反应机理和相互作用机制,以及可提高电化学性能的多孔碳载体成型和纳米氧化铈有效负载的调控机制。本项目成果将提高菊芋秸秆生物质的高效利用水平,并为制备高电化学性能的纳米酶/多孔碳复合材料提供优良的原生途径,在农业废弃物增值利用和电化学材料制备等跨学科领域都具有重要意义。

结项摘要

传统的菊芋秸秆利用工艺复杂、效率较低、处理能力有限,不能满足大规模处理的需求。针对这一问题,本项目利用硝酸铈预处理菊芋秸秆芯热解制备纳米氧化铈/多孔碳复合材料,并探索其制备过程的热解动力学特性、分析共热解的化学反应机理和相互作用机制,以引导多孔生物炭载体成型及氧化铈纳米颗粒有效负载,在此基础上制备高电化学性能的纳米氧化铈/多孔碳复合材料。项目组分析了硝酸铈预处理的菊芋秸秆芯和菊芋秸秆芯的热解失重规律,确定热解反应特别是固态产物耦合生成的重要温度区间;建立热失重过程的动力学模型,获得如反应活化能等动力学参数,解析热解反应的动力学特性。并对不同热解温度制备的纳米氧化铈/多孔碳复合材料进行理化性质表征,分析其合成机制。进一步以纳米氧化铈/多孔碳复合材料修饰金电极,表征修饰后电极的交流阻抗和测试循环伏安特性,由此衡量复合材料的电化学性能,发现氧化铈/多孔碳复合材料表现出了优异的电化学催化能力,可以很好地提高SGGT传感器对日落黄的检测性能。分析复合材料的理化性质和耦合效应对其电化学性能的作用,明确影响其电化学性能的关键因素;优化制备高电化学性能的纳米氧化铈/多孔碳复合材料的工艺条件。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Breath alcohol sensor based on hydrogel-gated graphene field-effect transistor
基于水凝胶门控石墨烯场效应晶体管的呼吸酒精传感器
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2022.114319
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Songjia Luo;Rongrong Wang;Lu Wang;Hao Qu;Lei Zheng
  • 通讯作者:
    Lei Zheng
From green tide to biochar: Thermal decomposition kinetics and TG-FTIR study of microalgae from Chaohu Lake
从绿潮到生物炭:巢湖微藻的热分解动力学和TG-FTIR研究
  • DOI:
    10.1002/er.6317
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ye Lihui;Wang Rongrong;Ji Guangbo;Wu Haohao;Qu Hao;Wang Lu;Liu Jian
  • 通讯作者:
    Liu Jian
Determination of sunset yellow in beverage based on solution-gated graphene transistors with multi-walled carbon nanotube functionalized gate electrodes
基于多壁碳纳米管功能化栅电极的溶液门控石墨烯晶体管测定饮料中的日落黄
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2022.116758
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Ting Li;Xianming Ma;Gaigai Xue;Xiaohui Ju;Jian Liu;Lu Wang
  • 通讯作者:
    Lu Wang
DNA-Gated Graphene Field-Effect Transistors for Specific Detection of Arsenic(III) in Rice
用于特异性检测水稻中砷 (III) 的 DNA 门控石墨烯场效应晶体管
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.0c07052
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Wang Yuhong;Bi Yulong;Wang Rongrong;Wang Lu;Qu Hao;Zheng Lei
  • 通讯作者:
    Zheng Lei
Renewable production of nitrogen-containing compounds and hydrocarbons from catalytic microwave-assisted pyrolysis of chlorella over metal-doped HZSM-5 catalysts
通过金属掺杂 HZSM-5 催化剂微波辅助热解小球藻可再生生产含氮化合物和碳氢化合物
  • DOI:
    10.1016/j.jaap.2020.104902
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Analytical and Applied Pyrolysis
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Wu Haohao;Wang Lu;Ji Guangbo;Lei Hanwu;Qu Hao;Chen Juan;Wang Fangbin;Liu Jian
  • 通讯作者:
    Liu Jian

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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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