聚吡咯负载活性炭除氟特性及机理研究

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基本信息

  • 批准号:
    21407129
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    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

Fluoride contamination in groundwater was a serious threat to drinking water safety and health of human. The traditional fluoride adsorption method using activated carbon has lots of problems, such as low adsorption efficiency, poor electrical conductivity and difficult to regeneration. Therefore, how to improve the electrochemical stability of activated carbon materials, chemical activity of surface functional groups and adsorption capacity of fluoride ions is one of the important contents for the defluorination research. To clarify and reveal the migration and transformation mode of fluoride ions on the adsorbent interface and interior is the emergency scientific problems to develop the mechanism research on defluorination. This project intends to choose the polypyrrole with high electrical conductivity, electrochemical stability and numbers of reactive nitrogen groups to load and modify the activated carbon materials. To explore the controllable synthesis method for polypyrrole loaded activated carbon material to remove fluoride. To reveal the structure and physicochemical properties of the polypyrrole load activated carbon materials before and after defluorination process by using X-ray diffraction, ultraviolet Raman spectroscopy, elemental analysis and mass spectrometry coupled analysis technologies. On this basis, to clarify the fluoride adsorption mechanism from the composition of chemical bonds and functional groups, pore size and microcrystalline structure characteristics, coupling effects of mass transfer environment by using the combination methods of the kinetics of shaking table and rapid static column simulation experiments. A new approach for treatment of fluoride pollution in groundwater will be provided.
地下水氟污染严重威胁人类的饮水安全和身体健康,传统活性炭吸附除氟方法存在处理效率低、导电性差、难再生等问题。因此,如何提高活性炭材料的电化学稳定性、表面官能团的化学活性和氟离子的选择吸附性是活性炭除氟研究的重要内容之一,阐明和揭示氟离子在吸附剂界面和内部的迁移、转化模式是开展除氟机理研究亟需解决的关键科学问题。本项目拟选用具备高电导率、电化学稳定性和大量含氮活性基团的聚吡咯负载改性活性炭;探讨高效除氟聚吡咯负载活性炭材料的可控合成方法;利用X射线衍射、紫外拉曼光谱、元素分析和质谱耦合分析等技术,揭示聚吡咯负载活性炭材料除氟前后的结构组成和物化特性;在此基础上,采用摇床动力学试验和静态快速柱模拟试验相结合的方法,从聚吡咯负载活性炭的化学键和官能团构成、孔径和微晶结构特征及其与传质环境因子的耦合作用等方面,阐明其吸附除氟机理。研究成果可以为我国地下水氟污染的治理和修复提供一条新途径。

结项摘要

近年来,地下水氟污染已经逐渐成为世界性问题而引起广泛关注,氟中毒严重威胁人们的身体健康。长期摄入过量的氟化物对人体具有致畸、致癌和致突变等反应。本研究筛选制备了具备高除氟效果的聚吡咯负载活性炭吸附材料(PPy/AC),发现活性炭材料表面的含氮官能团同PPy形成共轭结构,加强了材料的除氟性能。PPy/AC材料除氟性能实验表明,PPy/AC在溶液pH介于2.0~10.0时都具有较好的除氟效果,共存离子对PPy/AC的除氟影响较小。当氟浓度小于31.7 mg/L时,温度对氟吸附量几乎没有影响。Langmuir吸附等温线拟合结果显示,PPy/AC对氟的最大吸附容量为17.153 mg/g。采用多手段联用分析技术探讨了PPy/AC材料的除氟机理。热力学计算说明PPy/AC吸附除氟过程可以自发进行,且为吸热过程;吸附过程的吸附控速步骤为表面扩散以及颗粒内扩散过程中的介孔扩散过程;吸附动力学、D-R吸附等温线拟合以及共存离子的研究结果表明,PPy/AC吸附除氟的过程是内界相关的特异性化学吸附过程,主要为氟离子与氯离子之间的离子交换作用,以及氟离子同活性炭表面羟基官能团的静电吸引过程;Cl/N+值的降低、FTIR曲线的振动以及体系混乱度的增加证明了离子交换在该化学吸附过程中起到主要作用;XPS结果计算得到聚吡咯在活性炭表面形成三层聚合结构。本研究所开发出的聚吡咯负载活性炭吸附材料由于其成本低、适应性强,除氟效率高,操作简便等优点可以被考虑应用于实际的氟污染地下水治理中。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Xanthate-modified magnetic chitosan/poly (vinyl alcohol) adsorbent: Preparation, characterization, and performance of Pb(II) removal from aqueous solution
黄原酸盐改性磁性壳聚糖/聚乙烯醇吸附剂:制备、表征及从水溶液中去除 Pb(II) 的性能
  • DOI:
    10.1016/j.jtice.2017.06.009
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Lv, Long;Chen, Nan;Li, Miao
  • 通讯作者:
    Li, Miao
Kinetic studies for nitrate adsorption on granular chitosan-Fe(III) complex
粒状壳聚糖-Fe(III)络合物吸附硝酸盐的动力学研究
  • DOI:
    10.1080/19443994.2016.1178177
  • 发表时间:
    2016-12-01
  • 期刊:
    DESALINATION AND WATER TREATMENT
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Hu, Qili;Chen, Nan;Hu, Weiwu
  • 通讯作者:
    Hu, Weiwu
Photocatalytic degradation of methylene blue by magnetically recoverable Fe3O4/Ag6Si2O7 under simulated visible light
模拟可见光下磁可回收Fe 3 O 4 /Ag 6 Si 2 O 7 光催化降解亚甲基蓝
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2017.12.029
  • 发表时间:
    2018-02-15
  • 期刊:
    POWDER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Huiping;Chen, Nan;Feng, Chuanping
  • 通讯作者:
    Feng, Chuanping
Chromium(VI) removal from aqueous solution using a new synthesized adsorbent
使用新型合成吸附剂从水溶液中去除六价铬
  • DOI:
    10.1080/19443994.2014.992968
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    Desalination and Water Treatment
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Qiuyi Wang;Nan Chen;Yang Yu;Chuanping Feng;Qian Ning;Weiwu Hu
  • 通讯作者:
    Weiwu Hu
Nitrate removal from aqueous solution using granular chitosan-Fe(III)-Al(III) complex: Kinetic, isotherm and regeneration studies
使用颗粒壳聚糖-Fe(III)-Al(III) 复合物从水溶液中去除硝酸盐:动力学、等温线和再生研究
  • DOI:
    10.1016/j.jtice.2016.03.004
  • 发表时间:
    2016-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Hu, Qili;Chen, Nan;He, Qiaochong
  • 通讯作者:
    He, Qiaochong

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甲烷/空气扩散火焰中碳烟颗粒的三维形貌演变
  • DOI:
    10.11715/rskxjs.r201505018
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    燃烧科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王思文;宋崇林;陈男;吕刚;宋金瓯;汪晓伟;高俊华
  • 通讯作者:
    高俊华
Atom force microscopy analysis of the morphology ,attractive force, adhesive force and Young’s modulus of diesel in-cylinder soot particles
柴油缸内烟灰颗粒形貌、吸引力、附着力和杨氏模量的原子力显微镜分析
  • DOI:
    10.1016/j.combustflame.2015.09.025
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Combustion and Flame
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    陈男;宋崇林;吕刚;宋金瓯;高俊华;张仲荣
  • 通讯作者:
    张仲荣

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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