生物沼气中的H2S和NH3的Pt/RGO/TiO2光催化去除及其裂解产氢机理的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21507071
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    刘春光
  • 依托单位：
    山东大学
  • 学科分类：
    B0603.大气污染与控制化学
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Due to the characteristics and problematic of the trace components, i.e. H2S and NH3 contained in biogas, which is costly and difficult to simultaneously remove and recycle by conventional methods, this study aims to remove H2S and NH3 from biogas and produce hydrogen by photocatalytic splitting H2S/NH3 in a Pt/RGO/TiO2 photocatalytic reactor. Firstly, TiO2 is combined with graphene oxide (GO) and modified by depositing Pt, which is followed by the development of Pt/RGO/TiO2 supported photocatalytic reactor. Afterwards, phtocatalytic decomposition of H2S/NH3 solution with different concentrations will be carried out in the photocatalytic reactor to explore the photocatalytic capacity of Pt/RGO/TiO2 on H2S/NH3 and hydrogen production. Furthermore, mechanism investigation will be performed on the photocatalytic hydrogen production from H2S/NH3 solution by tracing the reaction with D2O instead of H2O and analyzing the changes of inorganic anions in solution. Then, the structure and composition of Pt/RGO/TiO2 will be analyzed with X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-Ray Powder Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM) etc., to indicate the effect mechanisms of CO2 on photocatalytic hydrogen production and H2S/NH3 removal. This research will not only provide useful reference for the practical application of photocatalytic technology in biogas purification, but also lay a scientific foundation for the photocatalytic hydrogen production from H2S and NH3 solution.
本课题针对生物沼气中微量恶臭气体H2S和NH3的同时去除成本高、回收效率低的特征和难点，根据光催化原理进行H2S和NH3的同时去除及利用H2S和NH3进行光催化裂解产氢的研究。利用Pt/RGO/TiO2（铂/还原性石墨烯氧化物/二氧化钛）固定型的光催化反应器对不同浓度的H2S和NH3的水溶液进行光催化处理，以探究其对H2S和NH3的去除能力及其氧化产物的影响；运用离子色谱、同位素示踪和气质联用技术，从溶液离子变化和氢气来源方面探明光催化裂解H2S和NH3水溶液产氢的机理。由于生物沼气中含有高比率CO2，利用离子色谱、XPS/XRT/SEM等方法分析溶液离子成分、催化剂成分和结构的变化，探明CO2对Pt/RGO/TiO2光催化裂解H2S和NH3的混合溶液产氢的影响及作用机理。本研究不仅可为光催化技术在生物沼气净化方面提供技术支持，还将为光催化裂解H2S和NH3产氢技术的应用提供科学依据。

结项摘要

本课题针对生物沼气中微量恶臭气体硫化氢和氨的同时去除成本高、回收效率低的特征和难点，根据光催化原理对硫化氢和氨的进行去除及利用硫化氢和氨进行光催化裂解产氢的研究。.（1）首先通过浸泡、超声和焙烧结合的技术研发出了TiO2/zeolite光催化剂颗粒，并开发出了原位沼气净化的光催化反应器。该反应器可以提高H2S的去除并避免其氧化产物SO2的排放。沼气中的CO2对硫化氢的去除和SO2的吸附影响较小，沼气中的水分对该催化剂有促进作用。通过碱液洗涤和煅烧可以容易地实现该催化剂的再生。.（2）其次，通过水热法合成了TiO2/WO3/GO光催化剂，并通过XRD、SEM-EDS、UV-Vis DRS、XPS、DLS、Rietveld拟合、BET法等对其进行了表征。TiO2/WO3/GO展示出了对H2S水溶液及NH3•H2O高效的催化裂解，其对NH3•H2O和H2S的裂解效率分别达到了13.4 μmol/（min•g催化剂）和117.1 μmol/（min•g催化剂）。H2S的氧化产物主要为硫单质，NH3•H2O的氧化产物除了单质氮还有NO2-和NO3-。通过对比发现：相对于NH3•H2O，H2S容易被TiO2/WO3/GO催化裂解产氢。CO2抑制H2S和NH3•H2O的光催化裂解产氢，其主要的抑制机理是CO32-与S2-（HS-）进行竞争吸附。.（3）NH3•H2O与H2S的混合水溶液更易于TiO2/WO3/GO光催化产氢，其的酸性、碱性和中性水溶的光催化产氢速率分别达到了225 μmol/（min•g催化剂）,191.6 μmol/（min•g催化剂）和163 μmol/（min•g催化剂）。尽管CO2的存在仍然抑制，NH3•H2O与H2S的混合水溶液更易于TiO2/WO3/GO光催化产氢。此外，TiO2/WO3/GO对双酚A也展示出了高效的降解能力。.（4）分子毒理学研究表明TiO2/WO3/GO在一定程度上可以增加过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性。光谱和热力学的研究表明该纳米颗粒改变了酶的构象和功能。因此，我们将对人造纳米颗粒的生物毒性方面进行深入研究。.本研究不仅为光催化技术在生物沼气净化方面提供技术支持，而且为光催化产氢技术的应用提供科学指导。目前，该项目已经得到2家企业（日照铭泽环保科技有限公司和江苏宝华环保有限公司）的支持进行更深入的研发和推广。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Photocatalyst TiO2/WO3/GO nano-composite with high efficient photocatalytic performance for BPA degradation under visible light and solar light illumination
光催化剂TiO2/WO3/GO纳米复合材料具有高效光催化性能，可在可见光和太阳光照射下降解BPA
  • DOI：
    10.1016/j.jiec.2017.06.038
  • 发表时间：
    2017-11-25
  • 期刊：
    JOURNAL OF INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY
  • 影响因子：
    6.1
  • 作者：
    Hao, Xiaoyan;Li, Man;Liu, Chunguang
  • 通讯作者：
    Liu, Chunguang
Multi-spectral and thermodynamic analysis of the interaction mechanism between Cu2+ and α-amylase and impact on sludge hydrolysis
Cu2+与α-淀粉酶相互作用机制及对污泥水解影响的多光谱和热力学分析
  • DOI：
    10.1007/s11356-017-8570-z
  • 发表时间：
    2017-02
  • 期刊：
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Ruiqi Zhou;Hong Liu;Guangying Hou;Lei Ju;Chunguang Liu
  • 通讯作者：
    Chunguang Liu
H2S in-situ removal from biogas using a tubular zeolite/TiO2 photocatalytic reactor and the improvement on methane production
使用管式沸石/TiO2 光催化反应器原位去除沼气中的 H2S 并提高甲烷产量
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2016.02.098
  • 发表时间：
    2016-06
  • 期刊：
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Xiaoyan Hao;Guangying Hou;Peixue Zheng;Rutao Liu;Chunguang Liu
  • 通讯作者：
    Chunguang Liu
An exploration of the effect and interaction mechanism of bisphenol A on waste sludge hydrolysis with multi-spectra, isothermal titration microcalorimetry and molecule docking
利用多光谱、等温滴定微量热法和分子对接探讨双酚A对废污泥水解的影响及相互作用机制
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2017.03.018
  • 发表时间：
    2017-07-05
  • 期刊：
    JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Hou, Guangying;Zhang, Rui;Liu, Chunguang
  • 通讯作者：
    Liu, Chunguang
Molecular mechanism of composite nanoparticles TiO2/WO3/GO-induced activity changes of catalase and superoxide dismutase
复合纳米粒子TiO2/WO3/GO引起过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性变化的分子机制
  • DOI：
    10.1016/j.cbi.2018.06.025
  • 发表时间：
    2018-08-25
  • 期刊：
    CHEMICO-BIOLOGICAL INTERACTIONS
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Han, Xiaoyan;Zhang, Li;Liu, Chunguang
  • 通讯作者：
    Liu, Chunguang

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  • 通讯作者：
    4.Shenyang Institute of Automation,CAS,Shenyang,Ch

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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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