有机污染物在Magnéli相氧化钛上的电化学氧化效能与机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51678184
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Electrochemistry offers an effective approach for treatment of non-biodegradable wastewater. The engineered applications of electrochemical technology have long been limited by electrode materials, in terms of the incompatibility of conductivity, activity, stability, and economical factors. Magnéli-phase titanium oxides are the representative of a series of active substoichiometric titanium oxides, whose special crystalline structure gives rise to high conductivity, high stability and high activity, making it a promising electrode material for potential application in electrochemical wastewater treatment. The present project will focus on the mechanisms for electrochemical oxidation of organic pollutants on the surface of Magnéli-phase titanium oxides electrode as the key scientific problem. The main works to be performed in this project include the preparation and characterization of Magnéli-phase titanium oxides, and the first-principle calculation based on density functional theory (DFT). Afterwards, efforts will be emerged to uncover the electrochemical mechanisms of •OH formation by water oxidation and its statement and change on the electrode surface. This will build a basis for further identification of the structure-activity relationship between the electric and surface structure and oxidation of organic pollutants. The last task is to investigate the impact of electrochemical performances by the key factors such as electrode potential, solution pH, organic pollutants, co-existing cations and anions. This study not only suggests the fundamental mechanisms for oxidation of organic pollutants on Magnéli-phase titanium oxides electrode, but also provides new strategies and methods to develop high-activity, high-stability, sustainable electrode materials and electrochemical process for wastewater treatment.
电化学法是处理难降解有机废水的有效方法之一。电极材料在导电性、活性、稳定性和经济性之间的矛盾制约着电化学技术的应用。Magnéli相氧化钛是一类非化学计量钛氧化物的通称,具有良好的导电性、抗腐蚀性和电化学活性,在污水处理中有广阔的应用前景和潜在的研究价值。本项目围绕“有机物在Magnéli相氧化钛表面氧化的电化学机制”这一关键科学问题,开展电极材料制备、表征及第一性原理的研究;揭示在水分子氧化生成•OH的电化学机制及其在电极表面的赋存状态和演变规律,进而识别Magnéli相氧化钛的电子和表面结构与有机污染物在其表面氧化分解的构效关系,探索关键影响因子如电位电流、溶液pH、有机物种类浓度、共存离子的影响机制。本研究不但为深入认识Magnéli相氧化钛在有机物氧化过程中的作用规律和优化电化学体系设计与运行参数提供了理论依据,而且为发展高效、稳定、绿色的废水处理工艺提供了新思路和新方法。

结项摘要

电化学废水处理方法具有高效、绿色、易于集成和自控等特点,特别是废水中的无机盐能够作为电极反应的电解质,使得电化学法(电化学高级氧化法、生物电化学法、光电化学法等)在高盐废水处理中具有独特优势。然而,电化学处理的工程化应用仍面临诸多瓶颈,如电极制备工艺复杂、成本高以及长期运行过程中由电极腐蚀、污染、钝化导致的性能下降等问题,对工业废水电化学处理的电极结构与界面作用原理和工艺提出挑战。为了解决这些问题,本项目提出了新型亚氧化钛陶瓷电极制备原理与方法,发现了氧空位形成的剪切面是导电关键机制,钛的多价态共存结构可实现高氧化性中间产物活性和电极稳定性的双向提升,在中试水平上实现了工业废水的深度净化。揭示了电极界面多物理场耦合协同作用机制,发现并提出了电场分布边界效应、浓度场限域效应和焦耳热效应,发展了寒区冬季低温难降解废水电催化原理与工艺模式。阐明了多孔电极的限域效应、传质的微观流体动力学机制和电极钝化机理与防控措施,实现了多种废水的高效处理。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Closed bipolar electrode for decoupled electrochemical water decontamination and hydrogen recovery
用于解耦电化学水净化和氢气回收的封闭双极电极
  • DOI:
    10.1016/j.elecom.2019.106611
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Electrochemical Communications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cenxin Ma;Shuzhao Pei;Shijie You
  • 通讯作者:
    Shijie You
3D Macroporous Nitrogen-Enriched Graphitic Carbon Scaffold for Efficient Bioelectricity Generation in Microbial Fuel Cells
3D 大孔富氮石墨碳支架,用于微生物燃料电池中高效生物发电
  • DOI:
    10.1002/aenm.201601364
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Advanced Energy Materials
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    You Shijie;Ma Ming;Wang Wei;Qi Dianpeng;Chen Xiaodong;Qu Jiuhui;Ren Nanqi
  • 通讯作者:
    Ren Nanqi
亚氧化钛膜电极电化学特性及其处理印染工业废水的效能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    裴姝钊;朱琳;张梓萌;滕洁;刘雪峰;尤世界
  • 通讯作者:
    尤世界
Electrochemical oxidation of sulfadiazine with titanium suboxide mesh anode
低氧化钛网阳极电化学氧化磺胺嘧啶
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.135441
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Jie Teng;Guoshuai Liu;Jiabin Liang;Shijie You
  • 通讯作者:
    Shijie You
In Situ Photochemical Activation of Sulfate for Enhanced Degradation of Organic Pollutants in Water
原位光化学活化硫酸盐增强水中有机污染物的降解
  • DOI:
    10.1021/acs.est.6b05090
  • 发表时间:
    2017-02-21
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Liu, Guoshuai;You, Shijie;Ren, Nanqi
  • 通讯作者:
    Ren, Nanqi

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  • 通讯作者:
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    ZHONG Ming,YOU Shijie,WANG Xiuheng,ZHONG Yijian(St
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张金娜;赵庆良;尤世界;张国栋;ZHANG Jin-Na,ZHAO Qing-Liang,YOU Shi-Jie,ZHANG Guo
  • 通讯作者:
    ZHANG Jin-Na,ZHAO Qing-Liang,YOU Shi-Jie,ZHANG Guo

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养殖废水低温高效处理与资源化方法及生物安全性评价
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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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