氧化铁铝取代效应影响土壤砷/镉活性的化学机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877038
  • 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:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Ferrosols is a special soil orders in Chinese Soil Taxonomic Classification, which contain a large amount of amorphous iron (hydr)oxides (IOx) and is widely distributed in China, especially in tropical and subtropical zones in Southern China. Al-substituted IOx is one of the most important feature under the effect of soil desilicification and allitization; and the isomorphous substitution of Al for Fe in the IOx crystal structures influence the soil iron biogeochemical cycles as well as the transformation of heavy metals (i.e As/Cd) in soils. The reactivity of As/Cd in soils are dominated by their speciation, which have been proved to be closely correlated with soil iron redox cycles, especially the adsorption/desorption activity as well as their bonding structures with function groups on IOx. This proposal will choose various synthesized Al-substituted IOx as the research objects, and the reactivity of As/Cd as the model probe reaction. Synchrotron radiation cooperated with various advanced analysis methods will be applied in the experiments of this proposal, whereas experiments are designed and conducted to investigate the chemical mechanism of Al-substituted IOx on the reactivity of As/Cd. In detail, (1) to study the impact of Al-substitution effect on IOx crystal structures, surface properties, adsorption sites, surface function groups, as well as the kinetic and thermodynamic adsorption/desorption trends of As/Cd on various Al-substituted IOx; (2) to illustrate the extends of As/Cd interaction on the Al-substituted IOx; (3) to investigate the effect of usual co-existential cations/anions, soil organic matters on the reactivity of As/Cd on various Al-substituted IOx and their chemical correlations; (4) to illustrate the critical biogeochemical factors like Eh, pH on the reactivity of As/Cd on various Al-substituted IOx and their chemical correlations. The expected results of this proposal will improve our general understanding in Al-substitution effects on IOx and its biogeochemical impacts on typical elements’ cycling processes; meanwhile, it will provide valuable information on soil iron redox chemistry as well as the remediation research on the polluted subtropical soils by heavy metals.
红壤是我国华南地区广泛分布的一种典型地带性土壤,剧烈的人为活动导致红壤的加速酸化,加剧土壤重金属的环境风险。红壤富含氧化铁,铝取代氧化铁是其典型成土特征,影响土壤铁的生物地球化学活性,紧密关联土壤砷、镉的环境行为。本项目以土壤典型铝取代氧化铁为模型矿物,以铝取代氧化铁影响砷/镉活性的化学作用机制为核心科学问题,综合运用同步辐射结合矿物表面物理化学、结构化学的研究方法,主要研究包括:氧化铁的铝取代效应对氧化铁晶体结构、表面性质、吸附活性位点、表面络合模型、成键结构等特征理化因子的影响;氧化铁界面砷-镉相互作用的微观界面化学过程及其与铝取代效应的定量关系;常见土壤共存阴阳离子、氧化还原电位、pH对该相互作用过程的影响机制;铝取代氧化铁调控砷/镉环境行为的关键理化因子及其矿物学结构特征;土壤氧化铁铝取代效应影响砷/镉活性的化学作用机制及矿物学机制。对丰富土壤铁循环过程的研究具有重要的科学意义。

结项摘要

本项目以土壤典型铝取代氧化铁为模型矿物,以铝取代氧化铁影响砷/镉活性的化学作用机制为核心科学问题,探寻氧化铁铝取代效应影响土壤砷/镉活性的化学机制。研究结果表明:①不同矿物界面(非铁矿物、铁氧化物及铝取代氧化铁矿物)上砷和镉的吸附动力学均符合准二级动力学模型,化学吸附为其控速步骤,共存阴阳离子不改变其吸附动力学模型;②镉及砷的吸附效率(吸附量/比表面积)在不同矿物界面上均呈现出含铁矿物界面大于非铁矿物界面;③铝同晶替代会改变铁矿的晶粒、结晶度、形貌、Zeta电位、表面官能团和比表面积等性质,随着铝取代率增加,铝取代针铁矿的结晶度变高、尺寸变小,比表面积减小,而铝取代赤铁矿的结晶度变弱、尺寸增大,比表面积增大,氧化铁发生铝取代后,其对镉及砷的吸附更加稳定,主要归因于铝取代氧化铁表面羟基相对含量的增加;④证实静电吸附、形成界面-砷-镉三元络合物以及形成表面沉淀是调控界面镉-砷相互作用的关键机制,阴阳离子通过改变矿物界面氧化还原电位、竞争吸附以及形成共沉淀等途径影响界面镉-砷相互作用过程,在排除pH干扰情况下,矿物界面镉及砷共吸附的调控机制主要包括竞争效应和协同效应。本研究为深入研究重金属元素在土壤矿物界面的微观化学作用过程及其调控措施研究提供借鉴。项目共发表研究论文16篇(第一标注8篇,第二标注7篇,第三标注1篇),SCI收录期刊论文10篇,中文核心期刊6篇,会议论文2篇;已投稿SCI研究论文1篇(第一标注);项目核心成员获评环境科学副研究员资格;独立指导硕士毕业生5名,1名获“研究生国家奖学金”。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Surface charge properties of variable charge soils influenced by environmental factors
环境因素对变电荷土壤表面电荷特性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.clay.2020.105522
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Clay Science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Xiaocui Wen;Ying Wang;Pengfei Cheng;Dong Liu;Siqi Ma;Chenrui Zhang;Tongxu Liu;Liang Tao
  • 通讯作者:
    Liang Tao
电位滴定法研究可变电荷土壤表面酸碱性质的进展
  • DOI:
    10.11766/trxb202010090558
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    温晓翠;李九玉;宋洁;陶亮
  • 通讯作者:
    陶亮
Antimonite oxidation and adsorption onto two tunnel-structured manganese oxides: Implications for antimony mobility
锑矿氧化和吸附到两种隧道结构锰氧化物上:对锑迁移率的影响
  • DOI:
    10.1016/j.chemgeo.2021.120336
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    CHEMICAL GEOLOGY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang Xiangqin;Yang Yang;Tao Liang;He Mengchang
  • 通讯作者:
    He Mengchang
Competitive and synergistic effects of phosphate and cadmium coadsorbed on goethite
针铁矿共吸附磷酸盐和镉的竞争协同效应
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2023.138171
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Liang Tao;Wenjie Chen;Yuxin Liu;Feng Yang;Dong Liu;Junfen Liang;Saihong Liu;Hui Li
  • 通讯作者:
    Hui Li
淹水和干湿交替对修复后土壤铬的稳定性影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    环境科学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    常春英;曹浩轩;陶亮;刘丽丽;陈文洁;吕贻忠
  • 通讯作者:
    吕贻忠

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其他文献

贯筋藤鲜茎中凝乳酶的提取工艺研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶亮;陈森;李涛;黄艾祥
  • 通讯作者:
    黄艾祥
基于实值离散Gabor变换的谱减法语音增强
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张满;陶亮;周健
  • 通讯作者:
    周健
基于透射衰减和菲涅尔衍射的厚度测量法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    无损探伤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶亮;李振华;左凯;张祯滨;孙同景
  • 通讯作者:
    孙同景
基于离散傅里叶变换和块时间递归并行格型结构的离散Gabor分析窗求解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周健;王华彬;陶亮;赵力;ZHOU Jian1,2,WANG Hua-bin1,TAO Liang1,ZHAO Li2(1.K;2.Key Laboratory of Underwater Acoustic Signal Pro
  • 通讯作者:
    2.Key Laboratory of Underwater Acoustic Signal Pro
Gabor展开与变换研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    安徽大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陶亮
  • 通讯作者:
    陶亮

其他文献

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陶亮的其他基金

南方可变电荷土壤铁循环缓冲土壤酸化的微观化学机制
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    2020
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富铁土氧化铁铝取代效应及其影响铁还原的生物化学机制
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土壤中Fe(II)/Cu(II)相互作用过程及铜老化效应研究
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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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