芬顿法降解有机废气过程中粒子催化-传质耦合作用及其机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    21576023
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Degradation of high concentration hydrophobic organic gaseous pollutants in Fenton reaction has always been limited by the extremely low gas-liquid mass transfer rate. In this study, by employing the enhancement of gas-liquid mass transfer by the dispersed particles, we endow the particles with catalysis and mass transfer enhancement effects simultaneously (C-M particles) by combining catalysts with nano-particles such as carbon nanotubes. Then, the C-M particles will be applied to Fenton reaction in a bubble column reactor. After observing the formation, breakup and coalescence of gas bubbles and measuring bubble sizes and the concentrations of organic gas in both gas and liquid phases, mass transfer coefficients will be calculated and the coupling effect also will be explored. Meanwhile, we introduce mass transfer enhancement factor as well as reaction rate factor to mass transfer models. By studying the effects of convective generated by reactor’s bubble, micro-scale convective of a particle’s Brownian motion and catalytic oxidation reaction on mass transfer enhancement, a more realistic mathematical model of gas-liquid mass transfer will be established. The research achievement of C-M particles may strengthen Fenton reaction in treatment of high concentration hydrophobic organic pollutants and provide a novel treatment method for atmospheric pollution in our country.
极低的气-液传质速率是芬顿(Fenton)氧化法降解高浓度疏水性有机气体污染物反应速率的限制因素。本研究利用分散相粒子强化气-液传质原理,创新性地将Fenton反应催化剂与传质强化粒子碳纳米管进行耦合,同时实现催化和传质强化作用。将催化-传质耦合粒子应用于泡罩塔Fenton反应体系中,分析气泡的形变、破裂和聚并形态特征,测定气泡的大小和气液两相的有机气体浓度,计算有效传质系数,探讨粒子催化-传质的耦合作用机制。在粒子传质模型中引入反应器鼓泡引起的对流项、粒子布朗运动导致的微对流强化传质项和催化反应项,建立更加符合实际的数理模型。本课题的顺利实施,可解决Fenton氧化法处理高浓度、疏水性气体有机物效率低的关键问题,可望为我国大气污染综合治理提供新途径。

结项摘要

非均相Fenton催化氧化法具有降解效率高、适用条件广、催化剂能够回收利用等优点,应用于有机废气污染物去除领域具有广阔前景。提高Fenton法降解有机废气的关键是提高气液传质效率和提高催化氧化效率,本项目以能够增强传质的碳材料与具有高催化氧化效率的Fe3O4复合制备出核壳结构Fe3O4@C,并将其应用于Fenton降解VOCs有机废气体系中,研究其对VOCs的传质-催化协同作用。通过一步水热法和牺牲模板法制备出两种核壳结构Fe3O4@C:实心型Fe3O4@C(178nm)和铃铛型Fe3O4@C(440nm),颗粒大小均匀,结构清晰,分散性良好,表现出超顺磁性,可以方便地从溶液中分离回收。分别研究了实心型Fe3O4@C和铃铛型Fe3O4@C在纯水体系和Fenton体系中的传质作用,通过对比体积传质系数,证明核壳结构Fe3O4@C相比于单独Fe3O4具有传质增强作用,在Fenton体系中传质增强因子分别为1.47和1.28。表明核壳结构外层碳的包覆可以提高催化剂传质作用。实验通过测定两种核壳结构Fe3O4@C和单独Fe3O4在Fenton体系中对VOCs的去除率,以及出气口CO2浓度、液相中CO2浓度、H2O2浓度和中间产物浓度,证明核壳结构Fe3O4@C对VOCs的去除效率大于单独Fe3O4,并且被降解的VOCs几乎都被氧化为CO2和H2O。由核壳结构Fe3O4@C在Fenton中催化氧化VOCs去除率大于其纯水吸附去除率和单独Fe3O4在Fenton中催化氧化VOCs去除率的加和,证实核壳结构Fe3O4@C对Fenton反应去除VOCs存在传质-催化协同作用。实心型Fe3O4@C和铃铛型Fe3O4@C协同因子分别为1.29~1.54和1.12~1.22。传质-催化协同作用的存在使得Fenton法处理VOCs去除效率显著提高。本项目的研究成果为促进Fenton体系的传质-催化协同效应,实现Fenton体系对有机废气的深度降解提供了理论研究基础和治理途径。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Study on the synergistic effect of UV/Fenton oxidation and mass transfer enhancement with addition of activated carbon in the bubble column reactor
泡罩塔反应器中添加活性炭UV/Fenton氧化与强化传质协同效应研究
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2017.10.185
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Chen Haiying;Liu Jiemin;Pei Yipu;Zhao Peng;Zhang Yan;Yan Luchun;Zhang Tongwang;Li Wenhui;Wu Chu;ong;Hussain Muhammad
  • 通讯作者:
    Hussain Muhammad
核壳结构Fe_3O_4@C粒子在UV-Fenton氧化去除VOCs过程中的吸附—催化作用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈海英;刘杰民;袁司夷;裴一朴;赵鹏;张艳;颜鲁春;吴传东;高小雅
  • 通讯作者:
    高小雅
Assessment of the health risks and odor concentration of volatile compounds from a municipal solid waste landfill in China
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  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2018.03.068
  • 发表时间:
    2018-07-01
  • 期刊:
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Wu, Chuandong;Liu, Jiemin;Cao, Wenbin
  • 通讯作者:
    Cao, Wenbin
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  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2018.07.049
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yan Zhang;Bo Yuan;Yu Bai;Yingjian Cao;Yunpeng Shen
  • 通讯作者:
    Yunpeng Shen
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  • DOI:
    10.1016/j.jtice.2016.10.052
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhang Yan;Zhang Min;Bai Yu
  • 通讯作者:
    Bai Yu

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  • 通讯作者:
    蔡亚岐

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AI项目解读示例

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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