纳米结构Ta3N5基大面积无纺布光催化剂的设计、构筑及其在净化流动污水中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21477019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Photocatalytic technology has great potential in the application of the decontamination of the polluted water, and a prerequisite for photocatalytic application is to obtain excellent photocatalysts. Traditional nanosized photocatalysts usually have high photocatalytic activity but can not be efficiently recycled; and film-shaped photocatalysts on the substrate can be easily recycled, but they have low surface area and/or high production cost. To solve these problems, this project aims to develop efficient and easily recyclable macroscale photocatalysts with nanostructure: the case of nanostructured Ta3N5-based macroscale nonwoven-cloth photocatalyst for the decontamination of flowing sewage. This project consists of three steps. The first step is to design and prepare nanostructured Ta3N5-based macroscale nonwoven-cloth by an electrospinning based method. The second step is to measure the photocatalytic activity of the Ta3N5-based nonwoven-cloth, and to investigate the effects of compositions, morphologies, fabric structure and etc on the photocatalytic performance, and then to select efficient, stable and easily recyclable nonwoven-cloth photocatalysts. The last step is to design and construct novel multiple-stage photocatalytic devices with Ta3N5-based nonwoven-cloth as the photocatalyst-based filter-membrane for the purification of flowing sewage, and to investigate the relationships among stage number of photocatalytic devices, decontamination efficiency, and treatment cost. This project will not only lay a foundation for the future development of efficient, stable and easily recyclable nonwoven-cloth photocatalysts, but also make important contributions to the practical application of photocatalytic technology, for example, degrading pollutants in lake and/or river.
光催化技术在处理污水方面已经展现了巨大潜力,但是其应用前提是开发优异的光催化剂。纳米光催化剂有较好性能,但是难以回收;衬底固定的光催化剂容易被回收,但是比表面积小或成本高。为了解决这些难题,本项目旨在开发高效稳定且易回收的宏观尺度纳米结构光催化剂,以Ta3N5为例制备纳米结构Ta3N5基大面积无纺布光催化剂,并将其用于净化流动污水。主要研究内容包括:(1)设计纳米结构Ta3N5基无纺布,再发展以静电纺丝为基础的方法来制备无纺布,探索其生长机理;(2)测试无纺布的光催化性能,探索其组分、形貌和织物结构等对其光催化活性的影响规律,筛选出高效稳定且易回收的无纺布光催化剂;(3) 以Ta3N5基无纺布为光催化剂滤膜,设计并构造可用于净化流动污水的多级光催化装置,探索装置级数、降解效率、处理成本等之间关系。该项目将为发展高效稳定和易回收的无纺布光催化剂奠定基础,也为光催化技术走向实用做出重要贡献。

结项摘要

随着工农业的发展,废水排放量越来越多,中国2015年废水排放量高达73.53 km3;废水中主要包含大量的有机和重金属污染物,这些污染物严重威胁人类健康。光催化技术在处理污水方面已经展现了巨大潜力,但是其应用前提开发高效稳定且易回收的光催化剂。本项目旨在开发高效稳定且易回收的宏观尺度纳米结构光催化剂,以Ta3N5 为例制备纳米结构Ta3N5 基大面积无纺布光催化剂;并将其用于净化流动污水。实际上发展了三类制备技术来构建纳米结构大面积光催化剂。第一类是以静电纺丝为基础的路线构筑半导体异质结纤维基无纺布光催化剂,获得了Ta3N5/Bi2MoO6、Fe2O3/AgBr和NiTiO3/Bi2MoO6等3种无纺布,这些纤维基无纺布都具有优异的光吸收能力和光催化活性;例如Ta3N5/Bi2MoO6纤维基无纺布能在光照60分钟后降解99.5%罗丹明B。第二类是以碳纤维(CFs)束为衬底构筑柔性可编织光催化剂,获得了CFs/TiO2、CFs/TiO2/Bi2WO6、CFs/TiO2/MoS2等三种柔性可编织纤维;将它们编织成大面积布后,都具有良好的光催化和光电催化性能。第三类是以碳纤维布为衬底构筑大面积滤膜状光催化剂,获得了CF/C3N4、CF/TiO2/C3N4、CF/MoS2/Bi2S3和CF/C3N4/Ag-Ag2O等4种大面积滤膜,它们都可作为光催化滤膜来降解流动污水。例如,以CF/C3N4布(4 × 4 cm2)为滤膜状光催化剂来构筑新型光催化装置用于降解流动污水,以RhB水溶液为模拟流动废水(流速:1.5 L h-1),经过7级反应,去除效率从第1级的18%上升到第7级的92%。另外,还开发了一系列新型粉末状半导体光催化剂,发现它们都具有较好的可见光光催化活性。同时,也探索了其它新型光功能材料及其应用。发表标注受本项目资助的论文有28篇,其中在Appl. Catal. B: Environ.、Nano Energy、Water Research、J. Hazard. Mater.、Environ. Sci.: Nano等重要期刊上共发表SCI论文26篇。申请的专利有4项,另外已经授权专利有3项。项目主持人参与并获得教育部自然科学二等奖(证书编号2015-116)。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Vis-NIR light-responsive photocatalytic activity of C3N4-Ag-Ag2O heterojunction-decorated carbon-fiber cloth as efficient filter-membrane-shaped photocatalyst
C3N4-Ag-Ag2O异质结修饰碳纤维布作为高效过滤膜状光催化剂的可见近红外光响应光催化活性
  • DOI:
    10.1002/cctc.201801805
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    ChemCatChem
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Shen Xiaofeng;Zhang Yan;Duoerkun Gumila;Shi Zhun;Liu Jianshe;Chen Zhigang;Wong Po Keung;Zhang Lisha
  • 通讯作者:
    Zhang Lisha
Synthesis of flower-like Ag2O/BiOCOOH p-n heterojunction with enhanced visible light photocatalytic activity
具有增强可见光催化活性的花状Ag2O/BiOCOOH p-n异质结的合成
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2016.11.081
  • 发表时间:
    2017-03-01
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Li, Shijie;Xu, Kaibing;Zhang, Lisha
  • 通讯作者:
    Zhang, Lisha
Impacts of surface or interface chemistry of ZnSe passivation layer on the performance of CdS/CdSe quantum dot sensitized solar cells
ZnSe钝化层表面或界面化学对CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2016.12.047
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Huang, Fei;Hou, Juan;Cao, Guozhong
  • 通讯作者:
    Cao, Guozhong
Synthesis of ZnWO4-x nanorods with oxygen vacancy for efficient photocatalytic degradation of tetracycline
氧空位ZnWO4-x纳米棒的合成用于高效光催化降解四环素
  • DOI:
    10.1016/j.pnsc.2018.01.007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Progress in Natural Science:Materials International
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Osotsi Maurice I;Macharia Daniel K.;Zhu Bo;Wang Zhaojie;Shen Xiaofeng;Liu Zixiao;Zhang Lisha;Chen Zhigang
  • 通讯作者:
    Chen Zhigang
Growth of Cu2O Spherical Superstructures on g-C3N4 as Efficient Visible-Light-Driven p-n Heterojunction Photocatalysts for Degrading Various Organic Pollutants
Cu2O 球形超结构在 g-C3N4 上的生长作为高效可见光驱动 p-n 异质结光催化剂用于降解各种有机污染物
  • DOI:
    10.1166/jnn.2018.16037
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Nanoscience and Nanotechnology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tian Qi;Shen Xiaofeng;Wang Zhaojie;Zhu Bo;Osotsi Maurice I.;Xie Xinjia;Jin Yan;Chen Zhigang;Zhang Lisha
  • 通讯作者:
    Zhang Lisha

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其他文献

青藏高原典型盐湖硼矿床成矿条件对比与矿床模式研究
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    --
  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    洪荣昌;高春亮;余俊清;闵秀云;成艾颖;张丽莎;徐虹
  • 通讯作者:
    徐虹
托素湖沉积物中重金属元素及地球化学特征研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    盐湖研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成艾颖;余俊清;高春亮;洪荣昌;张丽莎
  • 通讯作者:
    张丽莎
岱海近400年以来的环境变化:高分辨率XRF岩芯扫描结果的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    盐湖研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    辛首臻;成艾颖;余俊清;高春亮;洪荣昌;张丽莎
  • 通讯作者:
    张丽莎
金纳米结构光热转换材料的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丽莎;胡俊青;陈志钢
  • 通讯作者:
    陈志钢
Bisub2/subWOsub6/sub基纳米光催化剂的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    现代化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丽莎;王焕丽;李世杰;柳建设
  • 通讯作者:
    柳建设

其他文献

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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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