膜生物反应器中膜污染的界面热力学机制及其调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51578509
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    林红军
  • 依托单位：
    浙江师范大学
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Membrane fouling is a key scientific problem in the field of membrane separation technology, which highly limits the widespread applications of membrane and membrane bioreactor (MBR) technology. Supported by the just finished Youth Project of National Natural Science Foundation, we find that the adhesion behavior of foulants under curved surface conditions were significantly different from that under planar surface conditions, and there existed significant osmotic pressure effect during cake layer filtration process, which was the main source of filtration resistance. The underlying mechanisms of these results and their control methods deserve further study. Based on these findings, this proposal provides new ideas regarding quantitative calculation of interfacial interactions between membrane and foulants with curved surfaces, and designing anti-fouling ultrafiltration membranes based on the calculation results. The surface properties and structure will be characterized by using various technologies such as AFM and CLSM observation. The obtained data will serve for modeling of surface morphologies and quantitative calculation of interfacial interactions under curved surface conditions by using mathematical methods and supercomputer calculation technology. Meanwhile, the osmotic pressure mechanism during cake layer filtration will be investigated. And then, the methods to control interfacial interactions and osmotic pressure effects will be provided. This proposal will not only provide a new way to reveal the membrane fouling mechanisms and develop efficient membrane fouling control methods in MBR, but also propel the technology for wastewater treatment and reuse forward, demonstrating the great scientific significance.
膜污染问题是膜分离技术领域急待解决的关键科学问题，极大制约了膜及膜生物反应器技术的广泛应用。在刚结题的国家自然科学基金青年项目的资助下，发现曲面条件下的污染物粘附行为与平面条件下的行为明显不同；同时膜面污泥层过滤存在显著的渗透压效应，是过滤阻力的主要来源。这些发现的内在机制和调控方法急待进一步研究。基于这些发现，课题组提出对曲面条件下膜与污染物之间的界面作用力进行定量计算，并以之指导抗污染超滤膜的设计的新思路。课题组拟采用AFM、CLSM等技术对膜、污染物和污泥层的表面性质及结构进行表征，采用数理计算方法结合超级计算机技术对表面形态进行建模并实现曲面条件下热力学的定量计算，同时深入揭示渗透压效应机制，最后提出界面作用力和渗透压效应的调控方法。本项目的研究不仅是揭示MBR中的膜污染机理和构建高效膜污染控制方法的一条新途径，也是对高效污水处理和回用技术的进一步发展，具有重要的科学意义。

结项摘要

膜污染问题是膜分离技术领域急待解决的关键科学问题，极大制约了膜及膜生物反应器技术的广泛应用。本项目在前期发现独特的曲面条件下污染物粘附行为和渗透压效应的基础上，提出揭示这些污染行为的界面热力学机制，并以之指导膜制备及膜污染控制的新思路。在项目执行期间，课题组建立了和验证了一整套膜污染界面作用力定量计算方法体系，研究了系列因子通过影响界面作用力而影响膜污染的机制。同时将高分子体系的热力学机制引入到膜污染研究领域，较完整阐述了膜面污染层过滤过程中的热力学机制，建立了数学模型，并揭示了相关影响因子的影响途径。最后提出了基于界面热力学的膜污染控制策略。本项目在膜污染基础理论方面取得了一定的突破。基于这些工作，本项目科研成效较突出，共发表SCI论文37篇和申报专利7项，其中SCI一区论文19篇，二区论文18篇，总影响因子超过240，单篇平均影响因子超过6.0。

项目成果

期刊论文数量（37）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（7）
Simulation of foulant bioparticle topography based on Gaussian process and its implications for interface behavior research
基于高斯过程的污染物生物颗粒形貌模拟及其对界面行为研究的启示
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2017.11.031
  • 发表时间：
    2018-03
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Leihong Zhao;Xiaolu Qu;Hongjun Lin;Genying Yu;Bao-Qiang Liao
  • 通讯作者：
    Bao-Qiang Liao
A new method for modeling rough membrane surface and calculation of interfacial interactions
粗糙膜表面建模和界面相互作用计算的新方法
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2015.10.055
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Leihong Zhao;Meijia Zhang;Yiming He;Jianrong Chen;Huachang Hong;Bao-Qiang Liao;Hongjun Lin
  • 通讯作者：
    Hongjun Lin
Effects of surface morphology on alginate adhesion: Molecular insights into membrane fouling based on XDLVO and DFT analysis
表面形态对藻酸盐粘附的影响：基于 XDLVO 和 DFT 分析对膜污染的分子洞察
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2019.05.262
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Li, Renjie;Lou, Yang;Lin, Hongjun
  • 通讯作者：
    Lin, Hongjun
Application of radial basis function artificial neural network to quantify interfacial energies related to membrane fouling in a membrane bioreactor
应用径向基函数人工神经网络量化膜生物反应器中与膜污染相关的界面能
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2019.122103
  • 发表时间：
    2019-12-01
  • 期刊：
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Chen, Yifeng;Yu, Genying;Lin, Hongjun
  • 通讯作者：
    Lin, Hongjun
Fractal reconstruction of rough membrane surface related with membrane fouling in a membrane bioreactor
膜生物反应器中与膜污染相关的粗糙膜表面的分形重建
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2016.06.034
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Meijia Zhang;Jianrong Chen;Yuanjun Ma;Liguo Shen;Yiming He;Hongjun Lin
  • 通讯作者：
    Hongjun Lin

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其他文献

几种模型物质在氯化中形成THMs、HAAs的特性研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    环境科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
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膜生物反应器中膜污染机理和控制研究新进展
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    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    林红军
多溴代联苯醚及其代谢产物的正辛醇-空气分配系数的预测模型
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    梁淳淳;袁泉;林红军;陈建荣
  • 通讯作者：
    陈建荣
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
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含TiO_2杂化分离膜工艺污水处理应用研究综述
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    10.15890/j.cnki.jsjs.2017.04.009
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    净水技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    申利国;林红军
  • 通讯作者：
    林红军

其他文献

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林红军的其他基金

膜生物反应器中膜污染热力学基础机制及控制原理
  • 批准号：
    52370051
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    50.00 万元
  • 项目类别：
    面上项目
MBR中基于荷叶仿生膜污染控制策略的界面热力学机制研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2019
  • 资助金额：
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  • 项目类别：
    面上项目
正渗透MBR中膜污染因子识别及超声波控制研究
  • 批准号：
    51108424
  • 批准年份：
    2011
  • 资助金额：
    25.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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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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