碳基电活性离子选择渗透膜制备及其双电层-脉冲电位耦合离子传递机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21776191
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 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

China is rich in salt lake brine resources; however, the coexistence of multiple ions seriously affects efficient separation of high-value-added ions. The efficient separation and recovery of rare and precious metal ions from salt lake brine with high selectivity are urgently required for effective utilization of salt lake resources. Taking the selective separation of cesium and lithium ions from salt lake brine as the objective, a novel electroactive ion selective permeation membrane (EIPM) system based on electrical double layer-pulse potential coupling (EDL-PPC) ion transport mechanism is designed to perform selective, continuous and efficient separation of target ion under the multi-ions coexistence condition. Electroactive functional groups with specific recognition ability to the cesium or lithium ion are grafted onto the surface of carbon nanotubes (CNTs) or graphene substrates in order to build an affinity system for target ion, and the carbon-based EIPM electrode is prepared by pressure filtering technique of fractional steps. The EDL will enrich metal ions reversibly on the surface of the three-dimensional porous electrode, and the diffusion selectivity and the adsorptive selectivity of various ions in the membrane can be regulated by pulse potential method. Combining the directed migration of ions caused by external electric field with step potential oscillation with high frequency, the selective separation of the target ions can be realized. The research focus on the interaction between target ions with electroactive group in the EIPM, reversible adsorption/desorption mechanism of target ions, the confined ions transfer mechanism, the relationship between pulse operational parameters and membrane structure, and ion adsorption/diffusion performance. As such, a theoretical basis for the industrial application of multi-target ions separation from salt lake brine with this novel EIPM system is expected to be provided.
盐湖卤水资源丰富,然而多离子共存严重影响其分离效果,特别是稀有贵金属离子的选择性高效分离成为盐湖资源有效利用的关键。本项目以铯、锂离子的选择性分离为目标,设计了一种基于双电层-脉冲电位耦合电控离子传输机制的新型电活性离子选择渗透膜(EIPM)系统,实现多离子共存条件下目标离子的选择性分离。将对铯或锂离子有专一识别能力的电活性功能基元嫁接于碳纳米管或石墨烯基体,构建目标离子的亲和作用体系,并通过分步压滤技术制备碳基EIPM;利用膜电极表面的双电层快速、可逆富集金属离子,并通过脉冲电位调控不同离子在膜中的扩散选择性和吸附选择性,结合外部电场对离子的定向迁移作用和高频阶梯电势振荡技术,实现目标离子的选择性分离。重点研究EIPM中活性基元与目标离子间的相互作用、目标离子可逆吸/脱附及限域离子传递机制、脉冲参数与膜结构以及离子吸附/扩散性能之间关系,为盐湖卤水中多目标离子的高效电控分离提供理论依据。

结项摘要

盐湖卤水资源丰富,然而多离子共存严重影响其分离效果,特别是稀有贵金属离子的选择性高效分离成为盐湖资源有效利用的关键。本项目以盐湖卤水中的Cs、Li离子的同步分离为目标,研发了多种基于双电层-脉冲电位耦合(EDL-PP)离子传输机制的电活性离子选择渗透膜(ESIPM)分离新材料及新工艺。制备出了对Cs或Li离子有专一识别能力的电活性功能膜电极。通过搭建的多套新型的电控离子选择渗透分离膜系统实现了盐湖卤水体系中目标离子连续高效分离回收,掌握了调控ESIPM活性功能基元分布的方法,获得了双电层-脉冲电位耦合耦合条件下目标离子选择性传输及分离的过程机理与强化途径,探明了脉冲电位、槽电压等操作参数对离子传递性能的影响和作用机制。重点研究了EIPM中活性基元与目标离子间的相互作用、目标离子可逆吸/脱附机制、界面电荷传递、脉冲参数与膜结构-离子吸附/扩散性能之间关系,为盐湖卤水中多目标离子的高效电控膜分离提供了理论依据。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Electrochemical redox induced rapid uptake/release of Pb(II) ions with high selectivity using a novel porous electroactive HZSM-5@PANI/PSS composite film
使用新型多孔电活性 HZSM-5@PANI/PSS 复合膜,电化学氧化还原诱导高选择性地快速吸收/释放 Pb(II) 离子
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2018.06.025
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Du Xiao;Zhang Di;Ma Xuli;Qiao Wenlei;Wang Zhongde;Hao Xiaogang;Guan Guoqing
  • 通讯作者:
    Guan Guoqing
Ions transport modelling based on Nernst-Planck theory for a novel electrochemically switched ion permselectivity system
基于 Nernst-Planck 理论的新型电化学开关离子选择性渗透系统的离子输运建模
  • DOI:
    10.1016/j.cep.2019.107628
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Engineering and Processing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Feifan;Du Xiao;Zhang Zhonglin;Ma Xuli;Gao Fengfeng;Hao Xiaogang;Chang Lutong;Wang Qiang;Liu Mimi;Luo Jinhua
  • 通讯作者:
    Luo Jinhua
A conductive chlorine ion-imprinted polymer threaded in metal-organic frameworks for electrochemically selective separation of chloride ions
一种导电氯离子印迹聚合物,穿入金属有机框架中,用于电化学选择性分离氯离子
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.128576
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wenbiao Ma;Xiao Du;Mimi Liu;Fengfeng Gao;Xuli Ma;Yongguo Li;Guoqing Guan;Xiaogang Hao
  • 通讯作者:
    Xiaogang Hao
Investigation of a novel high-efficiency ion-permselective membrane module based on the electrochemically switched ion exchange scheme
基于电化学开关离子交换方案的新型高效离子选择性渗透膜组件的研究
  • DOI:
    10.1039/d1ra00924a
  • 发表时间:
    2021-06-15
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Di Zhang;Pengle Zhang;Du Xiao;Xiaogang Hao
  • 通讯作者:
    Xiaogang Hao
Electrically Switched Ion Membrane for Ion Selective Separation and Recovery : From ESIX to ESIPM
用于离子选择性分离和回收的电开关离子膜:从 ESIX 到 ESIPM
  • DOI:
    10.7536/pc200104
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gao Fengfeng;Yang Yanyan;Du Xiao;Hao Xiaogang;Guan Guoqing;Tang Bing
  • 通讯作者:
    Tang Bing

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  • 作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘世斌

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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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