饮用水离子交换处理过程中有机氮副产物的形成机理与调控方法研究

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基本信息

  • 批准号：
    51708356
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    肖轲
  • 依托单位：
    深圳大学
  • 学科分类：
    E1001.饮用水工程
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Anion exchange resins are another group of drinking water treatment polymers and are commonly used for the removal of anionic contaminants during drinking water treatment. However, early studies found that anion exchange resins used in drinking water systems released organic nitrogen compounds, such as carcinogenic nitrosamines, which have cancer risk concentrations at low ng/L in drinking water. The goal of this work is to reduce organic nitrogen compounds formation and toxicity in the treatment of drinking water by anion exchange. Firstly, the individual effects of the process parameters on organic nitrogen compounds release will be assessed. Then the species and concentration of organic nitrogen compounds will be identified; the physicochemistry and morphology of anion exchange resins will be characterized. Based on the above results, the formation pathways of organic nitrogen compounds will be proposed. Next, the transformation products and their toxicity of organic nitrogen compounds during disinfection will be analyzed to elucidate the transformation pathways. Finally, the methods to limit the organic nitrogen compounds formation and toxicity in the treatment of drinking water by anion exchange will be proposed. Obtained results in the current work will not only add some information in the field of application of the anion exchange in drinking water treatment but also provide basic support for reducing the byproducts and improving the quality of drinking water.
随着人们对饮用水水质要求的提高，离子交换树脂越来越广泛地用于深度处理饮用水。然而，阴离子交换树脂处理饮用水过程中会形成亚硝胺等有机氮副产物，对人体健康产生威胁。本项目以降低离子交换处理饮用水过程中有机氮副产物的产生量和生物毒性为目标开展研究。首先研究影响有机氮副产物形成的关键因素及其动力学；其次，定性定量分析离子交换处理饮用水过程中形成的有机氮副产物种类与浓度，结合离子交换树脂表面物化参数及表观形貌的变化，揭示有机氮副产物生成与转化的机制；再次，分析已形成的有机氮副产物在后续消毒过程的反应产物及其生物毒性，阐明其转化路径；在上述研究基础上，提出减少有机氮生成、控制有机氮在消毒过程转化的调控方法。本项目研究成果将丰富离子交换法深度处理饮用水理论，为减少饮用水处理副产物、提高饮用水质量提供基础性支持。

结项摘要

饮用水安全是影响人体健康、社会稳定和经济发展的重要因素，也是目前我国乃至全球面临的严峻挑战之一。由于饮用水中有机物、氧化物等的存在，阴离子交换树脂处理饮用水过程中会有亚硝胺等有毒有害副产物生成。本课题利用D890、D301和201*7树脂研究了饮用水处理过程中有机氮副产物生成情况，结合水相有机物分析与树脂相表征，初步研究了产生有机氮副产物的分子机制。研究发现，树脂种类、树脂体积、反应温度、反应pH值、反应时间、共存离子等都影响有机氮生成，产生的有机氮副产物主要是C6H5CH(OH)CH(NH2)CH3，即苯丙醇胺，易溶于水；C6H5CH(OH)CH(NH2)CH3在后续的次氯酸、臭氧和紫外消毒过程中，都发生了氧化降解反应，但是C6H5CH(OH)CH(NH2)CH3在次氯酸消毒过程中将会转化为含氯、有毒中间产物，在臭氧消毒过程中将会转化成亚硝胺及其前体化合物，这些转化生成的副产物毒性更强；紫外消毒过程中，含氮有机物主要转化为了毒性较小的氨基酸类化合物，但是转化速度较慢。依据上述结果，本研究提出了有机氮调控措施：利用D301树脂处理饮用水，有机氮副产物的溶出浓度最小；在最优工艺条件下：ph=6.8，温度为室温，较短的水力停留时间有利于减少有机氮副产物的生成。C6H5CH(OH)CH(NH2)CH3在后续消毒过程中，依据消毒方法不同，降解转化路径也有很大不同，臭氧和次氯酸消毒过程中将产生毒性更强的化合物，因此离子交换出水更适宜于用紫外消毒方式。项目资助发表论文8篇，待发表2篇。培养硕士生2名，其中1名即将取得硕士学位。项目投入经费22万元，支出17.84万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费4.16万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Simultaneous Cr(VI) removal and bisphenol A degradation in a solar-driven photocatalytic fuel cell with dopamine modified carbon felt cathode
采用多巴胺改性碳毡阴极的太阳能驱动光催化燃料电池同时去除 Cr(VI) 和降解双酚 A
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2018.12.079
  • 发表时间：
    2019-03
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Ke Xiao;Jing He;Juanjuan Zhang;Bo Yang;Xu Zhao
  • 通讯作者：
    Xu Zhao
Enhanced photoelectrocatalytic degradation of bisphenol A and simultaneous production of hydrogen peroxide in saline wastewater treatment.
在含盐废水处理中增强光电催化降解双酚 A 并同时产生过氧化氢。
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2019.01.109
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    Chemosphere
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Xiao Ke;Liang Huiyu;Chen Siyuan;Yang Bo;Zhang Junmin;Li Juying
  • 通讯作者：
    Li Juying
Effective degradation of refractory nitrobenzene in water by the natural 4-hydroxycoumarin under solar illumination
天然4-羟基香豆素在太阳光照射下有效降解水中难降解硝基苯
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2018.10.034
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Chemosphere
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Tuo Wei;Muhammad Waqas;Ke Xiao;Bo Yang;Yu Luo;Qiuhan Luo;Junmin Zhang;Mingliang Wang;Caizhen Zhu;Tingchao He;Zhouguang Lu
  • 通讯作者：
    Zhouguang Lu
Application of central composite design to reveal resin deterioration during the removal of hexavalent chromium from wastewater.
应用中心复合设计揭示从废水中去除六价铬过程中树脂的劣化。
  • DOI：
    10.1080/09593330.2019.1626915
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environmental Technology
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    Xiao Ke;Yang Hao;He Jing;Yang Bo;Zhu Caizhen
  • 通讯作者：
    Zhu Caizhen
Effective mineralization of anti-epilepsy drug carbamazepine in aqueous solution by simultaneously electro-generated H2O2/O3 process
同时电生 H2O2/O-3 过程有效矿化水溶液中的抗癫痫药物卡马西平
  • DOI：
    10.1016/j.electacta.2018.09.067
  • 发表时间：
    2018-11
  • 期刊：
    Electrochimica Acta
  • 影响因子：
    6.6
  • 作者：
    Bo Yang;Tuo Wei;Ke Xiao;Jianping Deng;Gang Yu;Shubo Deng;Juying Li;Caizhen Zhu;Huabo Duan;Qiongfang Zhuo
  • 通讯作者：
    Qiongfang Zhuo

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    叶俊钗;肖轲;姚家玲
  • 通讯作者：
    姚家玲

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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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