次氯酸盐清洗典型膜污染过程中毒性副产物的生成机理及其控制方法

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51608215
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    谢鹏超
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    E1001.饮用水工程
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Hypochlorite solution is usually used to chemically clean organic- and bio-fouling of membrane. Due to the electrophilic substitution and addition reactions, chemically cleaning fouled membrane by using hypochlorite is supposed to produce plentiful toxic byproducts. However, the toxic components in the residual blend after treatment of fouled membrane by using hypochlorite are still unclear. The target of this study is to investigate in detail the formation tends of toxic byproducts when using hypochlorite solution to clean polymer membrane fouled by organic matter and microorganisms. The mechanism of the toxic byproduct formation will be clarified through analyzing the components and characteristics of foulants. This study is helpful to make clear the toxic components in the residual blend after cleaning membrane by using hypochlorite, which contributes to the development of further treatment process on the residual blending solvent. Peroxide is used to clean membrane fouling due to its oxidation of organic pollutants and inactivation of microorganisms. As peroxide has potential to inhibit the formation of toxic byproducts during hypochlorite reacting with organic materials, combination of hypochlorite and peroxide for chemical blending solvent will be chosen to control the formation of toxic byproducts during chemically cleaning.
膜的有机及生物污染常选用次氯酸盐溶液进行化学清洗，次氯酸根能与大量有机物发生亲电取代及加成反应，因此在次氯酸盐化学清洗膜污染时可产生大量毒性副产物并残留于剩余清洗液中，而这些毒性物质的组成却鲜为人知。本项目主要研究次氯酸盐清洗典型有机物及微生物所造成的膜污染过程中毒性副产物的生成规律，并结合污染物的结构组成及性质变化分析各类副产物的生成机理，揭示清洗膜污染后剩余清洗液中毒性物质的组成，为其后续处理提供理论支持。鉴于过氧化物能够有效氧化有机物、灭活微生物的特性以及具有抑制次氯酸根与有机物反应生成毒性副产物的潜能，拟开发次氯酸盐和过氧化物组合式化学清洗工艺，以期在保证高效清洗膜污染并恢复膜性能的同时，减少化学清洗膜污染过程中毒性副产物的生成。

结项摘要

次氯酸盐被广泛用于化学清洗膜污染并恢复膜通量。但是氯作为卤族元素，可与膜材料及有机污染物反应，从而可能生成毒性副产物。目前，关于次氯酸盐清洗过程中毒性副产物生成及剩余清洗液中毒性物质的组成仍不明确。针对以上情况，本项目选择聚醚砜超滤膜为典型膜工艺，并选择腐殖酸、铜绿微囊藻和大肠杆菌作为典型污染源，通过分析11种氯代副产物的生成情况，系统研究了次氯酸盐化学清洗膜污染时毒性副产物的生成。结果表明：次氯酸盐化学清膜污染不仅会对膜性能产生影响，还会生成大量毒性副产物，且菌源型膜污染生成的毒性副产物最多。膜材料和污染物均可与氯反应生成毒性副产物，但毒性副产物的主要前体物是膜污染。通过对腐殖酸、大肠杆菌、藻细胞、原膜、污染膜和清洗后的膜进行特性表征，发现蛋白类物质、有机胺和多糖易在膜上累积且是毒性副产物的重要前体物。藻源型和菌源型膜污染相对于腐殖酸含有更多氮元素，因此在清洗时更易生成含氮毒性副产物。此外，还系统研究了多种操作条件对毒性副产物生成的影响。为在控制/去除膜污染的同时减少毒性副产物生成，开发了过氧化物与次氯酸盐组合清洗方法。通过对比过硫酸盐、单过硫酸盐和过氧化氢，发现上述三种过氧化物与次氯酸盐组合均可在高效清除膜污染的同时减少毒性副产物生成，且前置过硫酸盐+后置次氯酸盐效果最佳。研究中发现活化过氧化物的高级氧化工艺在控制/去除膜污染方面具有良好效果，遂系统研究了紫外/过硫酸盐和紫外/过氧化氢预处理控制藻源型膜污染的效能，并与紫外/氯对比，结果证明紫外/过硫酸盐预处理可有效控制藻源型膜污染。之后，通过分析藻细胞、藻类有机物和膜污染特性，揭示了作用机制：紫外/过硫酸盐产生的自由基可破坏藻细胞并降解甚至矿化藻类有机物，进而在膜滤时抑制膜孔堵塞并形成疏松滤饼层。该项目揭示了次氯酸盐化学清洗膜污染的一个潜在环境问题，并针对该问题提出了两种新的膜污染控制/清洗方法，具有良好的环境意义。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Heat-activated persulfate oxidation of methyl- and ethyl-parabens: Effect, kinetics, and mechanism
对羟基苯甲酸甲酯和乙酯的热激活过硫酸盐氧化：效果、动力学和机制
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2016.11.143
  • 发表时间：
    2017-02-01
  • 期刊：
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Chen, Yiqun;Deng, Pinya;Wang, Songlin
  • 通讯作者：
    Wang, Songlin
Ultraviolet/persulfate (UV/PS) pretreatment of typical natural organic matter (NOM): Variation of characteristics and control of membrane fouling
典型天然有机物 (NOM) 的紫外线/过硫酸盐 (UV/PS) 预处理：特性变化和膜污染控制
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2018.09.049
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Chemosphere
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Wang Zongping;Wan Ying;Xie Pengchao;Zhou Aijiao;Ding Jiaqi;Wang Jingwen;Zhang Li;Wang Songlin;Zhang Tian C.
  • 通讯作者：
    Zhang Tian C.
Application of vacuum-ultraviolet (VUV) to degrade beta-blocker propranolol in aquatic environment: Efficiency, kinetics, pathways and acute toxicity
应用真空紫外线（VUV）降解水生环境中的β受体阻滞剂普萘洛尔：效率、动力学、途径和急性毒性
  • DOI：
    10.1016/j.jtice.2019.07.011
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Xie Pengchao;Zou Yujia;Jiang Shan;Wang Zongping;Wang Jingwen;Zhang Li;Yue Siyang;Feng Xiaonan
  • 通讯作者：
    Feng Xiaonan
Degradation of organic pollutants by Vacuum-Ultraviolet (VUV): Kinetic model and efficiency
真空紫外线 (VUV) 降解有机污染物：动力学模型和效率
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2018.01.019
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Water Research
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Pengchao Xie;Siyang Yue;Jiaqi Ding;Ying Wan;Xuchun Li;Jun Ma;Zongping Wang
  • 通讯作者：
    Zongping Wang
Comparative study on the pretreatment of algae-laden water by UV/persulfate, UV/chlorine, and UV/H2O2: Variation of characteristics and alleviation of ultrafiltration membrane fouling
UV/过硫酸盐、UV/氯、UV/H2O2预处理含藻水的对比研究：特性变化及超滤膜污染缓解
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2019.04.034
  • 发表时间：
    2019-07-01
  • 期刊：
    WATER RESEARCH
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Wan, Ying;Xie, Pengchao;Wiesner, Mark R.
  • 通讯作者：
    Wiesner, Mark R.

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其他文献

紫外-过硫酸钠预氧化强化混凝的效能研究
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  • 期刊：
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  • 通讯作者：
    谢鹏超
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  • 期刊：
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  • 通讯作者：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    刘梦洁;陈实;周瑜;王宗平;杨柳;岳思阳;马军;谢鹏超
  • 通讯作者：
    谢鹏超

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硫（IV）自氧化体系降解典型有机溴类污染物及溴转化研究
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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

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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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