生物质基多功能复合气凝胶的结构调控与高效去除水中多种污染物的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21776249
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0814.产品工程与材料化工
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

This project intends to prepare three-dimension multifunctional nanocomposite aerogel adsorption materials used in sewage water treatment based on biomass substrate. With lignin, gelatin and agarose biomass as raw material, the 3D porous aerogel material could be constructed via the hydrogen bond and covalent bond cross-linking through the abundant reactive groups such as hydroxyl, amino, supplemented biomass substrate. With the prepared biomass aerogel as template, nano hydroxyapatite with designed shape and distribution will be prepared in situ via the wet chemical synthesis. The microstructure and hierarchical morphology of the multifunctional organic-inorganic nanocomposite aerogel adsorption material can be controllable by directional frozen ice template technology and freeze-drying process. The super wetting and intelligent stimuli-responsive performance for the hybrid aerogel will be achieved by surface chemical modification. The efficient removal ability of the nanocomposite aerogel to the various contaminant such as oil, heavy metal ions and organic molecules should be realized. The influence of preparation parameters, directional frozen template technology and freeze-drying process on the microstructure and mechanical property of the prepared aerogel will be investigated systematically. The relationship of the absorption behavior for the contaminant molecules with three-dimensional porous structure and chemical composition of the aerogel will be established. Furthermore, the adsorption mechanism based on thermodynamics will be revealed. This project provides scientists with a new way to synthesize the novel multifunctional nanocomposite aerogel materials. The research work also brings new solutions for the daily grim crisis of water pollution.
本项目从木质素、琼脂糖等生物质基材出发,藉助生物质基材上丰富的羟基、氨基等反应性基团,辅以戊二醛、甲醛等化学交联剂,通过氢键与化学交联的共同作用构筑三维多孔气凝胶基材。再以此为模板,采用湿式化学原位合成形状和体积可控的纳米羟基磷灰石,通过定向冷冻的冰模板技术与冻干工艺实现对复合气凝胶材料微结构的精确调控,构建三维多功能有机-无机纳米复合气凝胶吸附材料,经表面化学修饰赋予其特殊的表面超浸润性和智能响应性,实现对复杂污水中多种污染物,如油类、重金属离子和有机小分子等的高效去除能力。系统研究复合气凝胶的微结构、机械稳定性与智能响应性能,考察气凝胶三维多孔结构与化学组成对污染物分子吸附作用的影响规律与机理。该项目的实施将为多功能纳米复合气凝胶材料的合成与应用提供新的思路。

结项摘要

本项目以不同的生物质材料为基材,制备化学结构和物理结构不同的生物质气凝胶,并将其与功能性聚合物、无机纳米粒子实现有效结合,得到具有良好的机械性能、结构稳定性、特殊功能性的多功能材料,研究其在水处理和能量转换领域的应用特性。探索材料结构设计与功能实现的密切关系,为多功能性生物质气凝胶的设计制备提供可能的途径。以木质素、琼脂糖和聚乙烯醇为原材料,通过简易的制备过程得到可再生的、环境友好的、具有蜂窝状孔结构的生物质基气凝胶。以明胶为原材料制备明胶基复合气凝胶,其中,二氧化钛纳米粒子以共混的方式掺入明胶骨架结构,聚乙烯亚胺通过化学交联剂的作用与明胶相结合,氢键与化学键的协同作用为明胶基复合气凝胶的结构稳定性提供了保障。以明胶基复合气凝胶为研究对象,研究其去除水中有机染料和重金属离子的性能。明胶基复合气凝胶对阳离子染料和阴离子染料都有吸附作用,对亚甲基蓝的吸附容量可达 81.41mg/g,这是由于有机染料分子与气凝胶之间的静电作用力和氢键作用。以机械性能优异、可实现大规模生产的细菌纤维素为原材料通过冷冻干燥技术和逐步浸涂法制备了有机-无机复合气凝胶。所制备的细菌纤维素基复合气凝胶具有三维多孔结构,且氧化银纳米粒子稳定而均匀地分散在孔壁上,赋予其优异的可见光催化降解性能。项目进一步通过对生物质气凝胶的多尺度微结构与性能进行调控,利用生物质基材上丰富的反应性基团,通过湿法化学工艺原位合成纳米羟基磷灰石,得到有机-无机纳米复合型气凝胶材料。再经表面化学修饰赋予其特殊的表面超浸润性和智能响应性,实现对复杂污水中多种污染物,如油类、重金属离子和有机小分子等的高效去除能力。该项目为无机-有机多功能纳米复合气凝胶材料的合成提供了新的途径,也为日趋严峻和水污染问题提供了新的解决方案。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
NIR-driven fast construction of patterned-wettability on slippery lubricant infused surface for droplet manipulation
近红外驱动的光滑润滑剂注入表面图案润湿性的快速构建,用于液滴操纵
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.131141
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Rao Qingqing;Tong Zheming;Song Lina;Ali Abid;Hou Yang;He Qinggang;Lu Jianguo;Gao Xiang;Zhan Xiaoli;Zhang Qinghua
  • 通讯作者:
    Zhang Qinghua
Advanced Polymer Electrolyte with Enhanced Electrochemical Performance for Lithium-Ion Batteries: Effect of Nitrile-Functionalized Ionic Liquid
具有增强锂离子电池电化学性能的先进聚合物电解质:腈功能化离子液体的作用
  • DOI:
    10.1021/acsaem.8b01733
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    ACS APPLIED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhan Xiaoli;Zhang Jiawen;Liu Mingzhu;Lu Jianguo;Zhang Qinghua;Chen Fengqiu
  • 通讯作者:
    Chen Fengqiu
A Shape Recovery Zwitterionic Bacterial Cellulose Aerogel with Superior Performances for Water Remediation
具有卓越水修复性能的形状恢复两性离子细菌纤维素气凝胶
  • DOI:
    10.1021/acs.langmuir.8b04180
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Langmuir
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Jiang Jingxian;Zhu Juan;Zhang Qinghua;Zhan Xiaoli;Chen Fengqiu
  • 通讯作者:
    Chen Fengqiu
Anti-icing performance of super-wetting surfaces from icing-resistance to ice-phobic aspects: Robust hydrophobic or slippery surfaces
超润湿表面的防冰性能从抗冰到疏冰方面:坚固的疏水或光滑表面
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2018.06.041
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wei Cunqian;Jin Biyu;Zhang Qinghua;Zhan Xiaoli;Chen Fengqiu
  • 通讯作者:
    Chen Fengqiu
Biomass-derived fluorinated corn starch emulsion as binder for silicon and silicon oxide based anodes in lithium-ion batteries
生物质衍生的氟化玉米淀粉乳液作为锂离子电池中硅和氧化硅基阳极的粘合剂
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2020.137359
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Jin, Biyu;Wang, Dongyun;Zhan, Xiaoli
  • 通讯作者:
    Zhan, Xiaoli

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  • 通讯作者:
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詹晓力的其他基金

自修复型锂硫电池固态聚合物纳米复合电解质的制备与性能
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相似国自然基金

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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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