NOM介导零价铁活化分子氧去除污水中难降解毒害性有机物的作用机理及强化方法

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基本信息

  • 批准号：
    51908530
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    何传书
  • 依托单位：
    四川大学
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

How to safely and efficiently remove refractory toxic organic pollutants (RTOPs) from sewage has become the primary problem restricting the reuse of municipal sewage. Zero-valent iron (ZVI) can reductively activate molecular oxygen to generate reactive oxygen species for oxidation or even mineralization of RTOPs. However, the low removal efficiency of this technology has posed potential limitation to its practical application. Natural organic matter (NOM), as a heterogeneous mixture of polyfunctional organic ligands ubiquitous in aqueous environments, plays an important role in determining the ability of ZVI to activate molecular oxygen, but the related mechanism is still unclear. Taking nonylphenol, one kind of EDCs frequently detected in the effluent of sewage treatment plants, as the target pollutant, the objectives of this project are to (i) investigate the effect of different NOM on RTOPs degradation efficiency and pathway by molecular oxygen activation with both nano- and micro-size ZVI, and reveal the correlation between NOM characteristics and RTOPs degradation efficiency; (ii) explore the mechanism of RTOPs removal mediated by NOM in the ZVI/O2 system, via comparing the kinetic process of reactive oxygen species, transformation of iron speciation, micro-morphology of the ZVI surface in the presence and absence of NOM, analyzing the dynamic distribution and formation of NOM during the oxygen activation process, understanding the complexing ability of NOM with ferrous or ferric ions; (iii) establish a new NOM-mediated enhancement method for degradation of RTOPs in ZVI-O2 system on the basis of above research, and evaluate its application prospect by operating long-term column reactor. This project will provide the scientific and technical support for the application of molecular oxygen activation technology with ZVI in tertiary treatment of municipal sewage.
如何安全高效去除污水中难降解毒害性有机物已成为制约城市污水回用的首要难题。零价铁（ZVI）可以活化O2分子产生活性氧物质降解毒害性有机物，然而去除效能低是其应用的重要障碍。另一方面，水体中广泛存在的天然有机质（NOM）会影响ZVI活化O2的能力，但相关机制尚不明确。针对上述问题，本项目拟以污水厂出水中频繁检出的壬基酚类EDCs为目标污染物，系统考察NOM对纳米和微米级ZVI活化O2降解毒害性有机物的影响规律；探索在NOM作用下ZVI活化O2产活性氧物质的动力学过程，揭示NOM对ZVI物化特性的作用规律，解析NOM分布与赋存形态的动态变化，深入剖析NOM介导ZVI活化O2降解毒害性污染物的作用机制；在以上研究基础上，建立NOM介导ZVI-O2体系降解毒害性有机物的强化新方法，并通过长期柱实验评估其应用前景。该项目的研究结果将为ZVI活化分子氧技术应用于城市污水深度处理提供科学依据与技术支撑。

结项摘要

水体中广泛存在的天然有机质（NOM）会影响ZVI在有氧条件下的活性，但相关规律及作用机理尚不明确。本项目解析了大分子有机质在有氧条件下促进零价铁（ZVI）腐蚀、活性物种生成、有机污染物降解的作用机理，阐明了大分子有机质结构特性、零价铁尺寸对有机污染物去除效率的影响规律及作用机制；探明了天然有机质特性和ZVI在有氧条件下降解有机污染物之间的构效关系，明确了有机质的芳香度、氨基基团含量、亲疏水性影响ZVI界面行为的重要性；揭示了在有氧条件下有机质对微米到纳米级ZVI的反应活性将由促进转为抑制这一规律，深度解析了有机质对不同尺寸ZVI反应界面的调控机理；建立了有机质介导铁基体系降解毒害性有机质的强化方法，明确了有机质对活性氧物种的调控规律。本项目的研究结果为实现以最小成本、不引入二次污染来提高零价铁反应活性提供了新思路。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Nano-sized Zero-Valent Iron Coupled with Sulfidation and Ferrous Implantation Enhances the Reduction–Oxidation Removal of Iodinated Contrast Medium
纳米零价铁结合硫化和亚铁注入增强碘造影剂的还原氧化去除
  • DOI：
    10.1021/acsestwater.1c00199
  • 发表时间：
    2021-08
  • 期刊：
    ACS ES&T Water
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhou Guannan;Chen Jia-Qi;He Chuan-Shu;Ding Rongrong;Mu Yang
  • 通讯作者：
    Mu Yang
Enhanced reductive reactivity of zero-valent iron (ZVI) for pollutant removal by natural organic matters (NOMs) under aerobic conditions: Correlation between NOM properties and ZVI activity
有氧条件下增强零价铁 (ZVI) 的还原反应性，用于天然有机物 (NOM) 去除污染物：NOM 特性与 ZVI 活性之间的相关性
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2021.149812
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Science of The Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Chuan-Shu He;Rong-Rong Ding;Jia-Qi Chen;Guan-Nan Zhou;Yang Mu
  • 通讯作者：
    Yang Mu
Enhanced hydrodeiodination of iodinated contrast medium by sulfide-modified nano-sized zero-valent iron: Kinetics, mechanisms and application prospects
硫化物改性纳米零价铁增强碘造影剂加氢脱碘反应动力学、机理及应用前景
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2020.126050
  • 发表时间：
    2020-12
  • 期刊：
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Zhou G.-N.;Li W.-Q.;He C.-S.;Liu X.-C.;Ding R.-R.;Wang Y.-X.;Mu Y.
  • 通讯作者：
    Mu Y.
Interactions between nanoscale zero valent iron and extracellular polymeric substances of anaerobic sludge
纳米零价铁与厌氧污泥胞外聚合物的相互作用
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2020.115817
  • 发表时间：
    2020-07-01
  • 期刊：
    WATER RESEARCH
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    He, Chuan-Shu;Ding, Rong-Rong;Mu, Yang
  • 通讯作者：
    Mu, Yang
Oxygen vacancy on hollow sphere CuFe2O4 as an efficient Fenton-like catalysis for organic pollutant degradation over a wide pH range
空心球 CuFe2O4 上的氧空位作为一种有效的类芬顿催化剂，可在较宽的 pH 范围内降解有机污染物
  • DOI：
    10.1016/j.apcatb.2021.120069
  • 发表时间：
    2021-03-05
  • 期刊：
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子：
    22.1
  • 作者：
    Ding, Rong-Rong;Li, Wen-Qiang;Mu, Yang
  • 通讯作者：
    Mu, Yang

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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

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          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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