INFEWS N/P/H2O: Chemical and structural transformations at low solubility magnesium mineral-wastewater interface during struvite formation and growth
INFEWS N/P/H2O:鸟粪石形成和生长过程中低溶解度镁矿物-废水界面的化学和结构转变
基本信息
- 批准号:1710120
- 负责人:
- 金额:$ 30万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In this project funded by the Environmental Chemical Sciences program in the Division of Chemistry, Professor Jonas Baltrusaitis and his students study reactions of magnesium-containing, low solubility mineral surfaces with aqueous ammonium and phosphate ions from model wastewater streams. The goal is to develop new, highly efficient nitrogen (N) and phosphorus (P) immobilization routes for use of these minerals as slow release fertilizers. The project utilizes readily available magnesium-containing minerals (e.g., magnesium oxide, magnesium carbonate, dolomite and serpentinite) as substitutes for low abundance, high solubility magnesium chlorides and sulfates that are currently used. Outcomes of this work are expected to guide the development of nutrient recovery and recycling systems by providing fundamental understanding of mineral surface chemistry. Thus, this project addresses critical challenges of adequately managing nutrients at the nexus of food, energy and water. The project provides training opportunities for graduate and undergraduate students in the areas of surface science and environmental catalysis. Furthermore, the principal investigator actively participates in efforts to promote understanding of environmental science research in the local community via the Lehigh University Summer Engineering Institute and Summer CHOICES Engineering Camp.This project uses spectroscopic techniques to investigate reactive surface intermediates and products under diffusion-limited conditions on single crystal surfaces. This provides information on the detailed reaction kinetics, solid surface transformation and growth mechanisms, and insights into the nature of reactive sites. Iron- and calcium-doped MgO nanoparticles are synthesized in the laboratory. Ammonium and phosphate ion adsorption from aqueous solutions is performed to monitor the growth of slow nutrient release fertilizer mineral, such as struvite or hydroxyapatite, under interface limited conditions. Model magnesium mineral surfaces, their growth, and adsorption are characterized using Raman and diffuse reflectance infrared spectroscopy. Structural surface details of the synthesized MgO nanoparticles are interrogated using X-ray photoelectron spectroscopy and high resolution transmission electron microscopy. Growth kinetics of slow nutrient release fertilizer materials from ammonium and phosphate containing model wastewater solutions is measured using ion chromatography.
在化学划分的环境化学科学计划资助的该项目中,乔纳斯·巴特鲁萨蒂斯(Jonas Baltrusaitis)教授及其学生研究了含铵铵和磷酸盐离子的含镁,低溶解度矿物质表面的反应,该反应是从模型废水流中的。目的是开发新的,高效的氮(N)和磷(P)固定途径,用于使用这些矿物作为缓慢释放的肥料。 该项目将易于使用的含镁的矿物质(例如氧化镁,碳酸镁,白云石和蛇纹石岩)作为替代品,可用于低丰度,高溶解性镁氯化镁和当前使用的硫酸盐。这项工作的结果有望通过对矿物表面化学的基本了解来指导营养恢复和回收系统的发展。因此,该项目解决了在食品,能源和水的联系中充分管理营养的关键挑战。 该项目为地表科学和环境催化领域的研究生和本科生提供了培训机会。 此外,首席研究人员通过Lehigh University Summer Engineering Institute和Summer Choices Engineering Camp积极参与努力,以促进对当地社区的环境科学研究的理解。该项目使用光谱技术来研究单晶表面上扩散限制条件下的反应性表面中间体和产品。这提供了有关详细反应动力学,固体表面转化和生长机制的信息,以及对反应性位点本质的见解。 铁和钙的MGO纳米颗粒在实验室中合成。在界面有限的条件下,进行了从水溶液中的铵和磷酸离子吸附,以监测缓慢的营养释放肥料矿物质的生长,例如腾腾或羟基磷灰石。 使用拉曼和弥漫性反射红外光谱法对镁矿物质表面,其生长和吸附进行了表征。合成MGO纳米颗粒的结构表面细节使用X射线光电子光谱和高分辨率透射电子显微镜进行询问。 使用离子色谱法测量了从铵和磷酸盐含量的含铵和磷酸盐含量的含有模型的废水溶液的生长动力学。
项目成果
期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mesoporous Fe-doped MgO nanoparticles as a heterogeneous photo-Fenton-like catalyst for degradation of salicylic acid in wastewater
- DOI:10.1016/j.jece.2021.105589
- 发表时间:2021-08
- 期刊:
- 影响因子:7.7
- 作者:Manoj Silva;J. Baltrus;C. Williams;A. Knopf;Lihua Zhang;J. Baltrusaitis
- 通讯作者:Manoj Silva;J. Baltrus;C. Williams;A. Knopf;Lihua Zhang;J. Baltrusaitis
Experimental Insights into the Genesis and Growth of Struvite Particles on Low-Solubility Dolomite Mineral Surfaces
- DOI:10.1021/acs.jpcc.9b05292
- 发表时间:2019-09
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Daniyal Kiani;Manoj Silva;Y. Sheng;J. Baltrusaitis
- 通讯作者:Daniyal Kiani;Manoj Silva;Y. Sheng;J. Baltrusaitis
Iron dissolution and speciation from combustion particles under environmentally relevant conditions
环境相关条件下燃烧颗粒中铁的溶解和形态
- DOI:10.1071/en23022
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:4.3
- 作者:Szady, Cecily;Picarillo, Grace;Davis, Emily J.;Drapanauskaite, Donata;Buneviciene, Kristina;Baltrusaitis, Jonas;Navea, Juan G.
- 通讯作者:Navea, Juan G.
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- DOI:10.1021/acssuschemeng.8b06129
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:8.4
- 作者:Sharma, Lohit;Kiani, Daniyal;Honer, Kenneth;Baltrusaitis, Jonas
- 通讯作者:Baltrusaitis, Jonas
A review of phosphate adsorption on Mg-containing materials: kinetics, equilibrium, and mechanistic insights
- DOI:10.1039/d0ew00679c
- 发表时间:2020-12-01
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Silva, Manoj;Baltrusaitis, Jonas
- 通讯作者:Baltrusaitis, Jonas
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