Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

En komplet metode til evaluering af fotokatalysatorers ydeevne til nedbrydning af antibiotika i miljøsanering

Published: October 6, 2022 doi: 10.3791/64478
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1School of Chemical Engineering, Northwest University

Summary

Præsenteret her er en protokol til at udforske et universelt sæt eksperimentelle procedurer til omfattende laboratorieevaluering af fotokatalysatorer inden for miljørensning ved hjælp af eksemplet på fotokatalytisk fjernelse af antibiotiske organiske forurenende molekyler fra vand ved phthalocyaninsensibiliserede sølvphosphatkompositter.

Abstract

Forskellige antibiotika såsom tetracyclin, aureomycin, amoxicillin og levofloxacin findes i store mængder i grundvands- og jordsystemer, hvilket potentielt kan føre til udvikling af resistente og multiresistente bakterier, der udgør en trussel mod mennesker, dyr og miljøsystemer. Fotokatalytisk teknologi har tiltrukket stor interesse på grund af sin hurtige og stabile behandling og direkte brug af solenergi. Imidlertid er de fleste undersøgelser, der evaluerer halvlederkatalysatorers ydeevne til fotokatalytisk nedbrydning af organiske forurenende stoffer i vand, i øjeblikket ufuldstændige. I dette papir er en komplet eksperimentel protokol designet til omfattende evaluering af halvlederkatalysatorers fotokatalytiske ydeevne. Heri blev rhombisk dodecahedral sølvphosphat fremstillet ved en simpel opløsningsmiddelfasesyntesemetode ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk. BrSubphthalocyanin/Ag3PO4heterojunction materialer blev fremstillet ved den solvotermiske metode. Den katalytiske ydeevne af forberedte materialer til nedbrydning af tetracyklin blev evalueret ved at studere forskellige påvirkende faktorer såsom katalysatordosering, temperatur, pH og anioner ved atmosfærisk tryk ved hjælp af en 300 W xenonlampe som en simuleret sollyskilde og en lysintensitet på 350 mW/ cm 2. Sammenlignet med den første cyklus opretholdt den konstruerede BrSubphthalocyanin/Ag3 PO 4 82,0% af den oprindelige fotokatalytiske aktivitet efter fem fotokatalytiske cyklusser, mens den uberørte Ag3PO4 kun opretholdt 28,6%. Stabiliteten af sølvphosphatprøver blev yderligere testet ved et femcyklusforsøg. Dette papir giver en komplet proces til evaluering af halvlederkatalysatorers katalytiske ydeevne i laboratoriet til udvikling af halvlederkatalysatorer med potentiale for praktiske anvendelser.

Introduction

Tetracykliner (TC'er) er almindelige antibiotika, der giver effektiv beskyttelse mod bakterielle infektioner og anvendes i vid udstrækning i husdyrhold, akvakultur og sygdomsforebyggelse 1,2. De er bredt fordelt i vand på grund af deres overforbrug og forkert anvendelse i de sidste årtier samt udledning af industrielt spildevand3. Dette har medført alvorlig miljøforurening og alvorlige risici for menneskers sundhed; for eksempel kan overdreven tilstedeværelse af TC'er i det vandige miljø påvirke mikrobiel samfundsfordeling og bakteriel resistens negativt, hvilket fører til økologiske ubalancer, hovedsagelig på grund af antibiotikas stærkt hydrofile og bioakkumulerende karakter samt et vist niveau af bioaktivitet og stabilitet 4,5,6 . På grund af TC's hyperstabilitet i miljøet er det vanskeligt at nedbryde naturligt; Derfor er der udviklet mange metoder, herunder biologiske, fysisk-kemiske og kemiske behandlinger 7,8,9. Biologiske behandlinger er yderst effektive og billige10,11. Men fordi de er giftige for mikroorganismer, nedbryder og mineraliserer de ikke effektivt antibiotikamolekyler i vand12. Selvom fysisk-kemiske metoder kan fjerne antibiotika fra spildevand direkte og hurtigt, omdanner denne metode kun antibiotikamolekylerne fra den flydende fase til den faste fase, nedbryder dem ikke fuldstændigt og er for dyr13.

I modsætning til konventionelle metoder er halvlederfotokatalyse blevet anvendt i vid udstrækning til nedbrydning af forurenende stoffer i de seneste årtier på grund af dets effektive katalytiske nedbrydningsegenskaber14. For eksempel opnåede den ædelmetalfrie magnetiske FexMny katalysator af Li et al. effektiv fotokatalytisk oxidation af en række antibiotikamolekyler i vand uden brug af oxidant15. Yan et al. rapporterede in situ-syntesen af liljelignende NiCo2O4 nanoark på affaldsbiomasseafledt kulstof for at opnå effektiv fotokatalytisk fjernelse af phenolforurenende stoffer fra vand16. Teknologien er afhængig af en halvlederkatalysator, der er ophidset af lys for at generere fotogenererede elektroner (e-) og huller (h +) 17. De fotogenererede e- og h+ omdannes til superoxidanionradikaler (O2-) eller hydroxylradikaler (OH-) ved at reagere med absorberede O2 ogH2O, og disse oxidativt aktive arter oxiderer og nedbryder organiske forurenende molekyler i vand til CO2 ogH2O og andre mindre organiskemolekyler18,19,20 . Der er dog ingen samlet feltstandard for evaluering af fotokatalysatorens ydeevne. Evalueringen af et materiales fotokatalytiske ydeevne bør undersøges med hensyn til katalysatorforberedelsesprocessen, miljøbetingelser for optimal katalytisk ydeevne, katalysatorgenvindingsydelse osv. Ag3PO4 har med sin fremtrædende fotokatalytiske evne udløst betydelig bekymring for miljøsanering. Denne nye fotokatalysator opnår kvantevirkningsgrader på op til 90 % ved bølgelængder større end 420 nm, hvilket er betydeligt højere end tidligere rapporterede værdier21. Den alvorlige fotokorrosion og utilfredsstillende elektronhulsseparationshastighed for Ag3PO4 begrænser imidlertid dens brede anvendelse22. Derfor er der gjort forskellige forsøg på at overvinde disse ulemper, såsom formoptimering23, iondoping 24 og heterostrukturopbygning25,26,27. I dette papir blev Ag3PO4 modificeret ved hjælp af morfologikontrol såvel som heterojunction engineering. For det første blev rhombiske dodekaedriske Ag3PO4-krystaller med høj overfladeenergi fremstillet ved opløsningsmiddelfasesyntese ved stuetemperatur under omgivende tryk. Derefter blev organisk supramolekylær BrSubphthalocyanin (BrSubPc), som kan fungere som både elektronacceptor og elektrondonor, selvsamlet på sølvphosphatoverfladen ved den solvotermiske metode 28,29,30,31,32,33,34,35 . De fremstillede materialers fotokatalytiske ydeevne blev evalueret ved at undersøge virkningen af forskellige miljøfaktorer på de forberedte prøvers fotokatalytiske ydeevne til nedbrydning af spormængder af tetracyklin i vand. Dette papir giver en reference til den systematiske evaluering af materialernes fotokatalytiske ydeevne, hvilket er af betydning for den fremtidige udvikling af fotokatalytiske materialer til praktiske anvendelser i miljørensning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Forberedelse af BrSubPc

BEMÆRK: BrSubPC-prøven blev udarbejdet i henhold til et tidligere offentliggjort arbejde36. Reaktionen udføres i et dobbeltrækket rørvakuumledningssystem, og reaktionsprocessen kontrolleres strengt under vandfrie og iltfrie forhold.

  1. Forbehandling af råvarer
    1. Væg 2 g o-dicyanobenzen, tør den i en vakuumovn i 24 timer, tag den ud og slip den derefter forsigtigt i en agatmørtel.
    2. Sæt det igen i en vakuumovn i 1 uge; Tag det derefter ud og læg det i en ekssikkator.
    3. Der afmåles 50 ml o-dichlorbenzen, tilsættes 1 g vandfrit magnesiumsulfat, og blandingen omrøres ved stuetemperatur (RT) i 24 timer ved medium hastighed.
  2. Derefter filtreres opløsningen under reduceret tryk (-0,1-0,09 MPa), opsaml filtratet, og sæt det til side.
  3. Tilsæt forbehandlet o-dicyanobenzen (10 mmol, 1,28 g) i en 100 ml Schlenk-flaske, evakuer systemet med en dobbeltrækket rørvakuumledningsanordning, og fyld systemet med nitrogen. Derefter injiceres 50 ml forbehandlet o-dichlorbenzen under magnetisk omrøring ved 1.000 o/min i 1 time for at sprede o-dicyanobenzen ensartet.
  4. Sæt Schlenk-flasken i et isvandbad, tilsæt derefter 1,3 ml bortribromid (BBr3) under magnetisk omrøring ved 1.000 o / min i 120 minutter, og observer reaktionssystemets farve skifte til mørkebrun.
  5. Skift derefter hurtigt til et oliebad, hæv temperaturen til 120 °C tilbagesvaling i 10 timer, og observer reaktionssystemets farve skifte fra mørkebrun til lys lilla.
  6. Stop opvarmningen og afkøl til RT. Filtrer opløsningen under reduceret tryk (-0,1-0,09 MPa) og saml filterkagen, hvor det lilla faste stof på kagen er det rå produkt.
  7. Sæt det opnåede BrSubPc råprodukt i en vakuumovn i 20 timer. Fjern og slib produktet fint. Derefter ekstraheres med 200 ml methanolopløsning i en Soxhlet-ekstraktor, indtil opløsningen bliver farveløs.

2. Fremstilling af den rhombiske dodekaedriske Ag3PO4

BEMÆRK: Rhombisk dodekaedrisk Ag3PO4 blev udarbejdet i henhold til den tidligere rapporterede litteratur35.

  1. Fremstilling af reaktionsopløsningen
    1. For NH4NO3-opløsning (0,05 M) med navnet opløsning 1 opløses 6 g ammoniumnitrat (NH4NO3, 99%) i 200 ml deioniseret vand og behandles med ultralydbølger ved 40 kHz frekvens, 300 W effekt i 5 minutter i en cyklus for at opløse det fuldstændigt. Sæt den derefter i en 500 ml volumetrisk kolbe for at fastgøre lydstyrken.
    2. For NaOH-opløsning (0,2 M) kaldet opløsning 2 opløses 4 g natriumhydroxid (NaOH, 99%) i 200 ml deioniseret vand i et glasbægerglas og sonikeres i 5 minutter ved 40 kHz frekvens, 300 W effekt i en cyklus for at opløse det helt. Sæt den derefter i en 500 ml volumetrisk kolbe for at fastgøre lydstyrken.
    3. For AgNO 3-opløsning (0,05 M) kaldet opløsning3 opløses 4,25 g sølvnitrat (AgNO3, 99,8%) i 200 ml deioniseret vand i et glasbægerglas og sonikeres i 5 minutter ved 40 kHz frekvens, 300 W effekt i en cyklus for at opløse det helt. Sæt den derefter i en 500 ml volumetrisk kolbe for at fastgøre lydstyrken.
    4. For K2HPO 4-opløsningen (0,1 M) med navnet opløsning 4 opløses 11,41 g kaliumhydrogenphosphat (K2HPO4, 99,5%) i 400 ml deioniseret vand i et glasbægerglas og sonikeres i 5 minutter for at opløse det helt. Sæt den derefter i en 500 ml volumetrisk kolbe for at fastgøre lydstyrken.
  2. Der tilsættes 2526 ml deioniseret vand til et bægerglas, og derefter tilsættes 180 ml NH 4 NO3-opløsning (0,4M), 54 ml NaOH-opløsning (0,2 M) og 120 mlAgNO3-opløsning (0,05 M) sekventielt til bægerglasset.
  3. Opløsningen omrøres kraftigt i 10 minutter for at klargøre [Ag(NH3)2]+ komplekset. Til sidst tilsættes 120 ml K2HPO4-opløsning (0,1 M) til komplekset og omrøres i 5 minutter. Efter at opløsningens farve skifter fra farveløs til lysegul, er det opnåede bundfaldAg3PO4rhombisk dodekaeder.
  4. Det resulterende bundfald adskilles ved centrifugering ved 7155,5 x g i 10 minutter ved RT og centrifugeres derefter tre gange med 50 ml deioniseret vand under de samme betingelser. Opbevar det rhombiske dekaedriske Ag3PO4 ved RT i et tørt miljø væk fra lys.

3. Forberedelse af BrSubPc/Ag 3PO4

BEMÆRK: Fire forskellige sammensatte forhold mellem BrSubPc og Ag3PO4 blev fremstillet i henhold til masseforholdene 1:25, 1:50, 1:75 og 1:100.

  1. 5,77 mg BrSubPc opløses i 50 ml ethanol i et glasbægerglas. Opløs BrSubPc fuldstændigt ved sonikering ved 40 Khz frekvens, 300 W effekt i en cyklus i 30 minutter ved RT.
  2. Derefter tilsættes 144,25 mgAg3PO4 til ovenstående opløsning og sonikeres ved 40 kHz frekvens, 300 W effekt i en cyklus i 30 minutter ved RT.
  3. Ovennævnte opløsning omrøres i et 80 °C vandbad for at tillade fuldstændig fordampning af ethanolen.
  4. Det resulterende brungule pulver tørres natten over i en ovn ved 60 °C. Den forberedte prøve kaldes BrSubPc/Ag3PO4 (1:25).
  5. For de andre prøver i sammensat forhold (1:50, 1:75 og 1:100) skal du følge den samme forberedelsesprocedure (trin 3.1-3.4) som BrSubPc/Ag3PO 4 (1:25), men ændre mængden af BrSubPc til 2,94 mg, 1,97 mg og 1,49 mg og den tilsvarende mængdeAg3PO4 til 147,0 mg, 147,75 mg og 149,0 mg.

4. Karakterisering af prøverne

  1. Udfør røntgendiffraktionsanalyse af pulveriserede materialer ved hjælp af en monokromatisk Cu-Kα-lyskilde, λ = 0,15418 nm, der arbejder ved 30 kV og 15 mA.
  2. Brug Fourier transform infrarød spektroskopi (FT-IR) til at karakterisere de strukturelle træk ved de forberedte materialer; Målebølgelængdeområdet er 500-4000 cm-1.
  3. Absorptionsegenskaberne for de fremstillede materialer måles ved hjælp af absorptionsspektroskopi med fast ultraviolet synlig (UV-vis) i området 200-800 nm.
  4. Bestem partikelstørrelsen, mikrostrukturen og morfologien af de forberedte prøver ved at scanne elektronmikroskopi ved 5,00 KV accelererende spænding, InLens-detektor, forstørrelse 500-13000, arbejdsafstand 7,4-7,7 mm.
  5. Der tages 5 ml af reaktionsopløsningen efter 5 cyklusser, og volumenet fastgøres til 10 ml ved hjælp af koncentreret HNO3. Reaktionsopløsningen fordøjes med et induktivt koblet plasmaoptisk emissionsspektrometer (ICP-OES) ved en pumpehastighed på 100 r/min, en forstøverstrøm på 28,0 psi, hjælpegas på 0,5 ml/min og en prøveskylletid på 20 s.

5. Fotokatalytisk aktivitetstest

BEMÆRK: Lyskilden er en 300 W xenonlampe, og et 400 nm filter bruges til at fjerne ultraviolet lys fra lyskilden. Xenonlampen blev monteret 15 cm over opløsningen, og lysintensiteten blev bestemt til 350 mW/cm2.

  1. Til testopløsningen blev 10 mg tetracyklin (TC) opløst i 500 ml destilleret vand for at opnå en 20 ppm opløsning.
  2. Derefter overføres 50 ml af test-TC-opløsningen til en fotokatalytisk glasreaktor. Opløsningen omrøres grundigt med en magnetomrører ved 1000 o/min, og temperaturen holdes på 25 °C. Tænd derefter luftpumpekontakten, og tilsæt luften til opløsningen med en hastighed på 100 ml / min for at opretholde luftmætning.
  3. Der tilsættes 50 mg af den fremstillede fotokatalysator til analyseopløsningen for at nå en koncentration på 1 g/l.
  4. Den første prøve (3 ml) tages straks med en glassprøjte. Efter omrøring i 30 minutter i mørke skal du tage den anden prøve og tænde lyskilden.
  5. Efter bestråling i 5 min, 10 min, 15 min, 20 min og 30 minutter udtages væskeprøver (3 ml). Alle de ekstraherede prøver filtreres gennem en 0,22 μm nylonmembran for at fjerne faste partikler før analyse. Opbevar de filtrerede prøver væk fra lys i 5 ml centrifugeglas indtil analyse.
  6. Måler koncentrationen af TC med et UV-Vis-spektrofotometer ved 356 nm. Evaluer den fotokatalytiske effekt ved nedbrydningshastigheden; den specifikke beregningsformel for nedbrydningshastigheden er som følger (eq. (1)).
    Equation 1(1)
    Hvor A0 er prøveemnets absorbans før belysning, er A prøvens absorbans ved belysningstidspunktet t min.
  7. Brug de samme eksperimentelle procedurer til forskellige katalysatordoser med startkatalysatormængder som 30 mg, 40 mg, 50 mg, 60 mg og 70 mg.
  8. For eksperimenter med forskellige pH-værdier justeres tetracyklinopløsningens pH (50 ml, 20 mg/l) mellem 2,0 og 9,0 med 0,01 mol/l HCl og NaOH-opløsning. Brug BrSubPc/Ag3PO4 som katalysator med en katalysatordosis på 50 mg. For andre fotokatalytiske eksperimentelle procedurer skal du følge de tidligere beskrevne trin 5.2-5.6.
  9. Reaktionstemperaturens virkning på fotonedbrydningen af tetracyklin undersøges ved anvendelse af BrSubPc/Ag3PO4 somkatalysator med en katalysatordosis på 50 mg og opløsningens pH = 6; temperaturområdet er 10-50 °C. Andre fotokatalytiske eksperimentelle procedurer er de samme som de tidligere beskrevne trin 5.2-5.6.
  10. Virkningerne af forskellige anioner på katalysatorernes fotokatalytiske ydeevne undersøges ved tilsætning af henholdsvis 5 mmol / L Na2SO4, 5 mmol / L Na2 CO 3, 5 mmol /L NaClog 5 mmol / L NaNO3 til 50 ml tetracyclinopløsning. Brug BrSubPc/Ag3PO4 som katalysator med en katalysatordosis på 50 mg og opløsning pH = 7. Andre fotokatalytiske eksperimentelle procedurer er de samme som de tidligere beskrevne trin 5.2-5.6.
  11. Efter hver cyklus med fotokatalytisk nedbrydningsreaktion centrifugeres den reagerede opløsning ved 7155,5 x g i 10 minutter ved RT, og derefter centrifugeres den tre gange med 10 ml deioniseret vand under de samme betingelser (3 x 10 ml). Det faste stof tørres ved 120 °C i 1 time. Udfør fem på hinanden følgende fotonedbrydningseksperimenter ved hjælp af fotokatalysatorer, der blev genvundet efter hvert trin uden ændring i katalysatorens samlede koncentration for at evaluere stabiliteten af BrSubPc / Ag3PO4 fotokatalysatoren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den rhombiske dodecahedronAg3PO4 blev med succes syntetiseret ved anvendelse af denne opløsningsmiddelfasesyntesemetode. Dette bekræftes af SEM-billederne vist i figur 1A,B. Ifølge SEM-analysen viste den gennemsnitlige diameter af den rhombiske dodekaedriske struktur sig at være mellem 2-3 μm. De uberørte BrSubPc-mikrokrystaller viser en stor uregelmæssig flagestruktur (figur 1C). I den sammensatte prøve bevarede titandioxiden stadig den oprindelige nanosfærestruktur, men der blev ikke fundet nogen phthalocyaninarkstruktur, hvilket betyder, at phthalocyaninmolekylerne var ensartet selvsamlede på titandioxidoverfladen (figur 1D). Som vist i figur 2A viser alle prøverne en karakteristisk top placeret ved 20,9°, 29,7°, 33,3°, 36,6°, 42,5°, 47,8°, 52,7°, 55,0°, 57,3°, 61,6°, 65,8°, 69,9°, 71,9° og 73,8°, som blev tilskrevet (110), (200), (210), (211), (220), (310), (222), (320), (321), (400), (330), (420), (421) og (332) facetter af den kropscentrerede kubiske struktur af Ag3PO4 (JCPDS nr. 06-0505)21. På den anden side viste BrSubPc/Ag3PO 4-prøver ikke yderligere karakteristiske toppe af BrSubPc, hovedsagelig på grund af mængden af BrSubPc, der blev belastet på overfladen af Ag 3 PO 4, var lav, og intensiteten af hoveddiffraktionstoppestedet for Ag3PO 4 faldt, da mængden af BrSubPc steg. FT-IR-spektrene for de as-forberedte prøver analyseres som vist i figur 2B. For BrSubPC er de mere rigelige karakteristiske toppe i FT-IR-spektret toppe ved 743 cm-1, 868 cm-1, 943 cm-1 og 1452 cm-1; denne funktion er stræknings- og bøjningsvibrationen af C-C- og C-N-bindingerne i benzenringens rygrad. Den svage top ved 624 cm-1 er den karakteristiske top for strækningen af B-Br-bindingen. De symmetriske og asymmetriske strækvibrationer af P-O-P forårsagede de samme FT-IR-toppe ved henholdsvis 546 cm-1 og931 cm-1 for uberørt Ag 3 PO 4 og BrSubPc / Ag3PO4. Den uberørte Ag3PO4 kan absorbere lys ved bølgelængder mindre end 530 nm, og BrSubPc har to karakteristiske toppe ved henholdsvis 310 nm og 570 nm (figur 2C). Sammenlignet med ren Ag3 PO 4 viser BrSubPc/Ag3PO 4 kompositprøven signifikant øget absorption i det synlige område, hvilket bekræfter, atAg3PO 4-partiklerne med succes dækkes af BrSubPc-mikrokrystaller. Dette kan bevise, at BrSubPc / Ag3PO4 komposit er en meget lovende synligt lys-induceret fotokatalysator.

Den fotokatalytiske aktivitet af de fremstillede materialer blev vurderet efter nedbrydning af antibiotikummet TC i rent vand under simuleret bestråling i synligt lys (λ > 400 nm). Som vist i figur 3A viste den fotokatalytiske ydeevne af uberørt Ag3PO4 kun 72,86% nedbrydning af TC efter 0,5 timers synlig lysbestråling. Det kan observeres, at alle de sammensatte fotokatalysatorer viste øget nedbrydning af TC, når BrSubPc supramolekylære nanokrystaller blev indlæst på overfladen afAg3PO4. Især BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) opnåede 94,54% nedbrydning af TC efter henholdsvis 0,5 timers synlig lysbelysning. En pseudo-førsteordens reaktionsmodel (l-ln (C / C0) = kt)28, hvor k er den tilsyneladende hastighedskonstant, blev brugt til at passe kinetikken for fotonedbrydning af TC af forskellige prøver. Som vist i figur 3B var den tilsyneladende hastighedskonstant for TC-nedbrydning med BrSubPc/Ag3PO 4 (1:50) kompositter 1,69 gange højere end for den uberørte Ag3PO4. Ovenstående resultater indikerer, at den fotokatalytiske ydeevne afAg3PO 4 forbedres signifikant, når Ag3PO4 kombineres med BrSubPc supramolekylære nanokrystaller.

Fotostabilitet og genanvendelighed af fotokatalysatorer er vigtige faktorer, der påvirker deres praktiske anvendelser, og genbrugsnedbrydningseksperimenter blev udført på de fremstillede uberørte Ag 3 PO 4 og BrSubPc / Ag3PO4 (1: 50) kompositter. Figur 3C viser, at kompositmaterialet efter fem cyklusser af de fremstillede katalysatorer stadig viste en høj TC-fjernelseshastighed på 77,5%. Imidlertid faldt TC-fjernelsen med uberørt Ag3PO4 fra 72,86% til 20,84%. Desuden viste XRD-analyse af de cykliske sammensatte BrSubPc/Ag3PO4 (1:50)-prøver, at XRD-toppene i de cyklede prøver ikke ændrede sig sammenlignet med XRD i de oprindelige prøver (figur 4), hvilket viste den gode stabilitet af de sammensatte prøver i den fotokatalytiske reaktion. ICP-OES-testresultaterne af reaktionsopløsningen efter fem cyklusser viste, at koncentrationen af elementært sølv i opløsningen efter reaktionen af uberørtAg3PO 4var 1,3 mg/l, mens koncentrationen af elementært sølv i opløsningen efter reaktionen af den sammensatte prøve af BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) var 0,1 mg/l (tabel 1 ). Dette indikerer, at den sammensatte prøve fotokatalytiske reaktion har bedre stabilitet sammenlignet med den uberørte Ag3PO4.

I den fotokatalytiske proces har mængden af fotokatalysatordosering også en vigtig indflydelse på den fotokatalytiske effekt, for lidt dosering kan føre til lavere lysudnyttelseseffektivitet og dårlig fotokatalytisk effekt, og for meget fotokatalysatordosering kan føre til højere omkostninger og uøkonomisk. For lidt mængde fotokatalysator kan føre til lavere lysudnyttelseseffektivitet og dårlig fotokatalytisk effekt, mens for meget mængde fotokatalysator kan føre til højere omkostninger og uøkonomisk behandling af spildevand. Derfor er det vigtigt at bestemme den optimale fotokatalysatordosering. Som det fremgår af figur 5A, steg adsorptionen og fjernelsen af tetracyclin efter 30 minutters mørk reaktion, da koncentrationen af fotokatalysatoren i reaktionsopløsningen steg (doseringen steg), fordi koncentrationen af tetracyclin som adsorbenten i opløsningen forblev den samme, mens koncentrationen af fotokatalysatoren som adsorbenten steg, hvilket betyder, at det aktive punkt på overfladen af adsorbenten i opløsningen også steg, og sandsynligheden for kollisionsadsorption med adsorbenten steg. Dette betyder, at sandsynligheden for kollisionsadsorption med adsorbatet øges, hvilket resulterer i et fald i koncentrationen af adsorbat i opløsningen. Nedbrydningshastigheden af TC ved fotokatalysatorer ved 0,6 g / L, 0,8 g / L, 1 g / L, 1,2 g / L og 1,4 g / L var henholdsvis 71,6%, 75,0%, 94,5%, 95,7% og 95,7% efter 30 minutters lysreaktion. Når koncentrationen af katalysatoren oversteg 1,0 g / L, kunne nedbrydningshastigheden af TC nå mere end 90% i 30 minutters fotoreaktion. Fra ovenstående analyse kan det ses, at når koncentrationen af fotokatalysator er 1,4 g / L, opnås den bedste fjernelseseffekt af tetracyclin, og den fotokatalytiske effekt blev ikke væsentligt forbedret sammenlignet med katalysatorkoncentrationen på 1,0 g / L, mens katalysatordoseringen var 40% højere. Analysen af nedbrydningskinetiske data i figur 5B viser også, at 1,4 g/l og 1,2 g/l ikke er signifikant forskellige sammenlignet med 1,0 g/l. Fra et økonomisk synspunkt er den optimale dosering af kompositmateriale 1,0 g / L.

Som det fremgår af figur 5C, er virkningen af pH på den fotokatalytiske nedbrydning af kompositmaterialet til fjernelse af TC relativt stor. TC-vandig opløsning pH blev påvist til at være 6, hvilket viser den bedste nedbrydningseffektivitet. Kompositternes fotokatalytiske ydeevne blev reduceret en smule i sure opløsninger, mens TC-nedbrydningseffektiviteten blev mere svækket i neutrale og alkaliske opløsninger. De maksimale kinetiske data for nedbrydning TC kan også ses i figur 5D ved opløsning pH = 6. I alkaliske opløsninger med høj pH vil tetracyclin være til stede i opløsningen i form af TC-, som vil have elektrostatisk frastødning med katalysatoren, hvilket resulterer i dårlig nedbrydning af tetracyclin. I sure opløsninger med lav pH er tetracyklin hovedsageligt til stede i opløsningen som TC+, og H+ vil konkurrere med TC+ i opløsningen, der skal absorberes af fotokatalysatoren, hvilket hæmmer TC+ kontakten med fotokatalysatoren, hvilket reducerer den fotokatalytiske aktivitet i systemet.

I virkeligheden indeholder antibiotikaspildevand ofte også nogle anioner (Cl-,SO4 2-,NO3-, CO32- osv.), Og disse almindelige anioner kan også påvirke den fotokatalytiske proces. Som det kan ses i figur 5E, hæmmede tilsætningen afSO4 2- adsorptionen af TC-molekyler på katalysatoroverfladen under den mørke reaktionsfase. Dette kan skyldes, atSO42-, som en negativt ladet anion, konkurrerer med tetracyklinmolekylerne om det aktive sted på fotokatalysatoroverfladen, hvilket resulterer i en reduktion i antallet af tetracyclinmolekyler, der kan gennemgå katalytisk oxidation eller dannelsen af et stærkt polært miljø tæt på fotokatalysatoroverfladen, hvilket forhindrer ekspansion af tetracyclin til det aktive sted for fotokatalysatoren37 . Når lysreaktionen blev udført i 30 minutter, var TC-nedbrydningshastigheden i systemet uden anionen 94,5%, mens i systemet med Cl-,SO4 2-,NO3- og CO 3 2- anion var TC-nedbrydningshastigheden henholdsvis 79,2%, 77,3%, 85% og 80,3%. TC-nedbrydningskinetiske data afspejler også hæmningen af TC-nedbrydning ved tilsætning af alle anioner (figur 5F). Tilsætningen af alle anioner havde en hæmmende virkning på den fotokatalytiske nedbrydning af TC, men TC-nedbrydningshastigheden blev ikke overdrevent påvirket.

Resultaterne af temperaturens indvirkning på den fotokatalytiske nedbrydning af TC er vist i figur 5G. Nedbrydningshastighederne var 35,3%, 70,6%, 94,5%, 96,5% og 98,0% for 30 minutters fotoreaktion ved henholdsvis 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C og 50 ° C. Nedbrydningshastigheden af tetracyclin steg gradvist med stigningen i temperaturen. De nedbrydningskinetiske data for TC fra figur 5H viser også, at temperaturen har stor indflydelse på nedbrydningseffektiviteten. Tetracyklinmolekyler migrerer hurtigere som følge af opløsningens stigende temperatur, hvilket gør dem lettere at adsorbere, når de kommer i kontakt med katalysatoroverfladen. Derudover parres fotogenererede elektronhul ved højere temperaturer mere aktivt, hvilket gør det muligt for elektroner at binde til adsorberet ilt hurtigere og huller til hurtigere at producere hydroxylradikaler med -OH i vand, hvilket fremskynder ødelæggelsen af tetracyclin38.

Figure 1
Figur 1: SEM-billeder. (A,B) Ag3PO4. Venstre side viser et billede med lav opløsning, og højre side giver et forstørret billede. c) BrSubPc og D) BrSubPc/Ag3PO4. Alle prøver blev målt i pulverform. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: XRD-, FT-IR- og UV-Vis-spektre af prøverne. (A) XRD-mønstre. For XRD-analyse var scanningsområdet 10 ° -80 °, og scanningshastigheden var 8 ° / min. Tallene placeret lodret i bunden angiver det tilsvarende krystalplan. B) FT-IR-spektrum. Alle prøver blev testet i tørret pulvertilstand. C) UV-vis-spektre af prøverne. Faste pulvere blev anvendt til måling i et område på 200-800 nm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: TC fotokatalytisk nedbrydning. (A) TC fotokatalytisk nedbrydning, den lodrette koordinat C 0 angiver den oprindelige absorbans af TC (0,664) målt ved hjælp af et UV-vis-spektrofotometer, og C angiver absorbansen af TC ved hvert prøveudtagningspunkt. B) De tilsyneladende hastighedskonstanter k for TC-fotonedbrydning af Ag3PO4og BrSubPc/Ag3PO4, beregnet ud fra pseudoførsteordensreaktionsmodellen (l-ln(C/C0) = kt). (C) Cykluseksperiment med BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) for TC fotokatalytisk nedbrydningsreaktion, er sidstnævnte reaktioner alle baseret på prøver indsamlet efter det foregående trin. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: XRD-mønstre for BrSubPc/Ag3PO4. XRD-mønstre af BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) før og efter den fotokatalytiske reaktion i et scanningsområde på 10°-80° og en scanningshastighed på 8°/min. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Udforskning af TC fotokatalytisk nedbrydning under påvirkning af forskellige faktorer . A) forskellige katalysatordoseringer, C) forskellig pH, E) forskellige anioner og G) forskellige temperaturer. De tilsyneladende hastighedskonstanter k for TC-fotonedbrydning ved anvendelse af (B) forskellige katalysatordoser, (D) forskellige pH, (F) forskellige anioner og (H) forskellige temperaturer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Prøve Testelementer Prøveindhold af grundstoffer (mg/L)
Ag3PO4 Ag 1.3
BrSubPc:Ag3PO4 (1:50) Ag 0.1

Tabel 1: ICP-OES-data. Ag grundstofkoncentrationsdata i reaktionsopløsningen efter fem testcyklusser med ICP-OES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I dette papir præsenterer vi en komplet metode til evaluering af fotokatalytiske materialers katalytiske ydeevne, herunder fremstilling af katalysatorer, undersøgelse af faktorer, der påvirker fotokatalyse og ydeevnen ved katalysatorgenanvendelse. Denne evalueringsmetode er universel og gælder for alle evalueringer af fotokatalytisk materialeydelse.

Med hensyn til materialeforberedelsesmetoder er der rapporteret mange ordninger til fremstilling af rhombisk dodekaedriskAg3PO4 ved anvendelse af forskellige prækursorer21,22. Den metode, vi har brugt, er relativt homogen med hensyn til formen påAg3PO4 syntetiseret, synteseprocessen er enkel, store mængder kan syntetiseres, og der er færre faktorer, der påvirker den eksperimentelle proces. Det skal bemærkes, at ammoniumnitrat, et råmateriale til syntese afAg3PO4, er et oxidationsmiddel og udsættes for eksplosiv nedbrydning ved voldsom påvirkning eller varme, så det skal opbevares og anvendes for at undgå voldelig påvirkning. I syntesen af kompositterne blev BrSubPc først opløst i tilstrækkelig mængde ethanolopløsning til at ødelægge de svage kræfter mellem BrSubPC-molekyler (hydrogenbinding, π-π interaktion), derefter blev Ag3 PO 4 tilsat i en passende mængde, og ethanolen blev fordampet ved opvarmning, hvorunder BrSubPC-molekylerne samler sig igen på Ag3PO4-overfladen gennem intermolekylær hydrogenbinding og π-π interaktion.

Virkningen af forskellige katalysatormængder, opløsningens pH, anioner i opløsning og reaktionstemperatur på de fremstillede materialers fotokatalytiske ydeevne blev undersøgt. Luftstrømningshastigheden, lyskildens intensitet og lyskildens afstand fra reaktoren skal kontrolleres, når der udføres fotokatalytiske reaktioner med forskellige påvirkningsfaktorer. Ved filtrering af prøver ved hjælp af 0,22 μm nylonmembran skal det bemærkes, at ikke alle nedbrydningsforurenende stoffer er egnede til brug med 0,22 μm nylonmembran, da nogle forurenende stoffer i sagens natur blokeres af 0,22 μm nylonmembran, i hvilket tilfælde centrifugering skal anvendes til at adskille katalysatoren fra reaktionsopløsningen. Derfor bør en 0,22 μm nylonmembran bruges til at filtrere en simpel opløsning af forurenende stoffer uden katalysator for at udelukke muligheden for, at forurenende stoffer selv kan blokeres af 0,22 μm nylonmembranen.

En katalysator kan kun betragtes som en lovende fotokatalysator, hvis den viser god katalytisk ydeevne under dette evalueringssystem, og ikke hvis kun en enkelt påvirkningsfaktor undersøges uden hensyntagen til miljøfaktorer. For at fremme en sund udvikling inden for fotokatalytisk miljørensning mener vi desuden, at de samme evalueringskriterier bør fastsættes for det samme forurenende stof, f.eks. bør der anvendes en ensartet TC-koncentration på 20 mg/l, en katalysatordosering på 1 g/l, en lysintensitet på 350 mW/cm2, en luftmængde på 100 ml/min og en temperatur på 30 °C til TC-nedbrydning, således at den bedste katalysator for nedbrydning af det samme forurenende stof kan vælges ved at sammenligne forskellige litteraturrapporter.

Fotokatalysatorens fotokatalytiske ydeevne er mere omfattende end den, der er rapporteret i nogle papirer 39,40,41, især i laboratoriefotokatalytiske eksperimenter for at sikre et stabilt iltindhold i vandet og for at tage hensyn til den termiske effekt. Begrænsningen ved denne ordning er, at den ikke tager højde for effekten af reaktoroptisk tykkelse og katalysatoroptiske egenskaber på fotokatalytisk ydeevne, som begge er vigtige, når man udfører opskaleringslaboratorier42,43,44. Denne ordning giver en reference til evaluering af fotokatalysatorers fjernelse af antibiotikalignende molekyler fra vand i laboratoriet og kompenserer for manglen på ensartede kriterier for evaluering af fotokatalytisk vandrensningsevne hos fotokatalysatorer i marken. Denne forskningsprotokol kan udvides til andre fotokatalytiske områder, såsom fotokatalytisk brintproduktion og fotokatalytisk kuldioxidreduktion45,46. Det anbefales, at hvert felt skal have et sæt strenge forskningsprotokolkriterier til evaluering af katalysatorers katalytiske ydeevne, hvilket vil hjælpe med at vælge de bedste fotokatalysatorer til tidlige eksperimentelle industrielle applikationer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China (21606180) og Natural Science Basic Research Program of Shaanxi (Program nr. 2019JM-589).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
300 W xenon lamp CeauLight CEL-HXF300
AgNO3 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 7783-99-5
Air Pump Samson Group Co. ACO-001
BBr3 Bailingwei Technology Co., Ltd. 10294-33-4
Constant temperature circulating water bath Beijing Changliu Scientific Instruments Co. HX-105
Dichloromethane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 75-09-2
Ethanol Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. 64-17-5
Fourier-transform infrared Bruker Vector002
Hexane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 110-54-3
HNO3 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 7697-37-2
ICP-OES Aglient 5110
K2HPO4 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 16788-57-1
Magnesium Sulfate Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 10034-99-8
Methanol Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 67-56-1
NaOH Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 1310-73-2
NH4NO3 Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. 6484-52-2
o-dichlorobenzene Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. 95-50-1
o-dicyanobenzene Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. 91-15-6
Scanning electron microscopy JEOL JSM-6390
Trichloromethane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 67-66-3
Ultraviolet-visible Spectrophotometer Shimadzu UV-3600
X-ray diffractometer Rigaku D/max-IIIA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chen, Q. S., Zhou, H. Q., Wang, G. C., Bi, G. H., Dong, F. Activating earth-abundant insulator BaSO4 for visible-light induced degradation of tetracycline. Applied Catalysis B: Environmental. 307, 121182 (2022).
  2. Liu, C. H., et al. Photo-Fenton degradation of tetracycline over Z-scheme Fe-g-C3N4/Bi2WO6 heterojunctions: Mechanism insight, degradation pathways and DFT calculation. Applied Catalysis B: Environmental. 310, 121326 (2022).
  3. Zhou, L. P., et al. Piezoelectric effect synergistically enhances the performance of Ti32-oxo-cluster/BaTiO3/CuS p-n heterojunction photocatalytic degradation of pollutants. Applied Catalysis B: Environmental. 291, 120019 (2021).
  4. Liu, S. Y., et al. Anchoring Fe3O4 nanoparticles on carbon nanotubes for microwave-induced catalytic degradation of antibiotics. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (35), 29467 (2018).
  5. Xue, J. J., Ma, S. S., Zhou, Y. M., Zhang, Z., He, M. Facile photochemical synthesis of Au/Pt/g-C3N4 with plasmon-enhanced photocatalytic activity for antibiotic degradation. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (18), 9630-9637 (2015).
  6. Chen, Y. X., Yin, R. L., Zeng, L. X., Guo, W. Q., Zhu, M. S. Insight into the effects of hydroxyl groups on the rates and pathways of tetracycline antibiotics degradation in the carbon black activated peroxydisulfate oxidation process. Journal of Hazardous Materials. 412 (15), 12525 (2021).
  7. Dong, C., Ji, J., Shen, B., Xing, M., Zhang, J. Enhancement of H2O2 decomposition by the co-catalytic effect of WS2 on the Fenton reaction for the synchronous reduction of Cr(VI) and remediation of phenol. Environmental Science & Technology. 52 (19), 11297-11308 (2018).
  8. Van Doorslaer, X., Demeestere, K., Heynderickx, P. M., Van Langenhove, H., Dewulf, J. UV-A and UV-C induced photolytic and photocatalytic degradation of aqueous ciprofloxacin and moxifloxacin: Reaction kinetics and role of adsorption. Applied Catalysis B: Environmental. 101 (3-4), 540-547 (2011).
  9. Shi, Y. J., et al. Sorption and biodegradation of tetracycline by nitrifying granules and the toxicity of tetracycline on granules. Journal of Hazardous Materials. 191 (1-3), 103-109 (2011).
  10. Guan, R., et al. Efficient degradation of tetracycline by heterogeneous cobalt oxide/cerium oxide composites mediated with persulfate. Separation and Purification Technology. 212, 223-232 (2019).
  11. Shao, S., Wu, X. Microbial degradation of tetracycline in the aquatic environment: a review. Critical Reviews in Biotechnology. 40 (7), 1010-1018 (2020).
  12. Wang, W., et al. High-performance two-dimensional montmorillonite supported-poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogel for dye removal. Environmental Pollution. 257, 113574 (2020).
  13. Yang, B., et al. Interactions between the antibiotic tetracycline and humic acid: Examination of the binding sites, and effects of complexation on the oxidation of tetracycline. Water Research. 202, 117379 (2021).
  14. Lian, X. Y., et al. Construction of S-scheme Bi2WO6/g-C3N4 heterostructure nanosheets with enhanced visible-light photocatalytic degradation for ammonium dinitramide. Journal of Hazardous Materials. 412, 125217 (2021).
  15. Li, X., et al. Bimetallic FexMny catalysts derived from metal organic frameworks for efficient photocatalytic removal of quinolones without oxidant. Environmental Science-Nano. 8 (9), 2595-2606 (2021).
  16. Li, X., et al. Fabrication of ultrathin lily-like NiCo2O4 nanosheets via mooring NiCo bimetallic oxide on waste biomass-derived carbon for highly efficient removal of phenolic pollutants. Chemical Engineering Journal. 441, 136066 (2022).
  17. Makoto, E., et al. Charge carrier mapping for Z-scheme photocatalytic water-splitting sheet via categorization of microscopic time-resolved image sequences. Nature Communications. 12, 3716 (2021).
  18. Karim, A. F., Krishnan, S., Shriwastav, A. An overview of heterogeneous photocatalysis for the degradation of organic compounds: A special emphasis on photocorrosion and reusability. Journal of the Indian Chemical Society. 99 (6), 100480 (2022).
  19. Abdurahman, M. H., Abdullah, A. Z., Shoparwe, N. F. A comprehensive review on sonocatalytic, photocatalytic, and sonophotocatalytic processes for the degradation of antibiotics in water: Synergistic mechanism and degradation pathway. Chemical Engineering Journal. 413, 127412 (2021).
  20. Gao, Y., Wang, Q., Ji, Z. G., Li, A. M. Degradation of antibiotic pollutants by persulfate activated with various carbon materials. Chemical Engineering Journal. 429, 132387 (2022).
  21. Bi, Y. P., Ouyang, S. X., Umezawa, N., Cao, J. Y., Ye, J. H. Facet effect of single-crystalline Ag3PO4 sub-microcrystals on photocatalytic properties. Journal of the American Chemical Society. 133 (17), 6490-6492 (2011).
  22. Hasija, V., et al. A strategy to develop efficient Ag3PO4-based photocatalytic materials toward water splitting: Perspectives and challenges. ChemCatChem. 13 (13), 2965-2987 (2021).
  23. Zhou, L., et al. New insights into the efficient charge transfer of the modified-TiO2/Ag3PO4 composite for enhanced photocatalytic destruction of algal cells under visible light. Applied Catalysis B: Environmental. 302, 120868 (2022).
  24. He, G. W., et al. Facile controlled synthesis of Ag3PO4 with various morphologies for enhanced photocatalytic oxygen evolution from water splitting. RSC Advances. 9 (32), 18222-18231 (2019).
  25. Lee, Y. J., et al. Photocatalytic degradation of neonicotinoid insecticides using sulfate-doped Ag3PO4 with enhanced visible light activity. Chemical Engineering Journal. 402, 12618 (2020).
  26. Shi, W. L., et al. Three-dimensional Z-Scheme Ag3PO4/Co3(PO4)2@Ag heterojunction for improved visible-light photocatalytic degradation activity of tetracycline. Journal of Alloys and Compounds. 818, 152883 (2020).
  27. Shi, W. L., et al. Fabrication of ternary Ag3PO4/Co3(PO4)2/g-C3N4 heterostructure with following Type II and Z-Scheme dual pathways for enhanced visible-light photocatalytic activity. Journal of Hazardous Materials. 389, 12190 (2020).
  28. Wang, B., et al. A supramolecular H12SubPcB-OPhCOPh/TiO2 Z-scheme hybrid assembled via dimeric concave-ligand π-interaction for visible photocatalytic oxidation of tetracycline. Applied Catalysis B: Environmental. 298, 120550 (2021).
  29. Wang, B., et al. Novel axial substituted subphthalocyanine and its TiO2 photocatalyst for degradation of organic water pollutant under visible light. Optical Materials. 109, 110202 (2020).
  30. Wang, B., et al. Novel axial substituted subphthalocyanines and their TiO2 nanosupermolecular arrayss: Synthesis, structure, theoretical calculation and their photocatalytic properties. Materials Today Communication. 25, 101264 (2020).
  31. Li, Z., et al. Synthesis, characterization and optoelectronic property of axial-substituted subphthalocyanines. ChemistryOpen. 9 (10), 1001-1007 (2020).
  32. Li, Z., et al. Construction of novel trimeric π-interaction subphthalocyanine-sensitized titanium dioxide for highly efficient photocatalytic degradation of organic pollutants. Journal of Alloys and Compounds. 855, 157458 (2021).
  33. Wang, Y. F., et al. Efficient TiO2/SubPc photocatalyst for degradation of organic dyes under visible light. New Journal of Chemistry. 48, 21192-21200 (2020).
  34. Yang, L., et al. Novel axial substituted subphthalocyanine sensitized titanium dioxide H12SubPcB-OPh2OH/TiO2 photocatalyst: Synthesis, density functional theory calculation, and photocatalytic properties. Applied Organometallic Chemistry. 35 (8), 6270 (2021).
  35. Li, Z., et al. Fabrication of SubPc-Br/Ag3PO4 supermolecular arrayss with high-efficiency and stable photocatalytic performance. Journal of Photochemistry and Photobiology, A. Chemistry. 405, 112929 (2021).
  36. Zhang, B. B., et al. SubPc-Br/NiMoO4 supermolecular arrays as a high-performance supercapacitor electrode materials. Journal of Applied Electrochemistry. 50, 1007-1018 (2020).
  37. Yuan, X. X., et al. Preparation, characterization and photodegradation mechanism of 0D/2D Cu2O/BiOCl S-scheme heterojunction for efficient photodegradation of tetracycline. Separation and Purification Technology. 291, 120965 (2022).
  38. Dai, T. T., et al. Performance and mechanism of photocatalytic degradation of tetracycline by Z-scheme heterojunction of CdS@LDHs. Applied Clay Science. 212, 106210 (2021).
  39. Zhou, L. P., et al. Piezoelectric effect synergistically enhances the performance of Ti32-oxo-cluster/BaTiO3/CuS p-n heterojunction photocatalytic degradation of pollutants. Applied Catalysis B: Environmental. 291, 120019 (2021).
  40. Xue, J. J., Ma, S. S., Zhou, Y. M., Zhang, Z. W., He, M. Facile photochemical synthesis of Au/Pt/g-C3N4 with plasmon-enhanced photocatalytic activity for antibiotic degradation. ACS Applied Materials Interfaces. 7, 9630-9637 (2015).
  41. Ding, R., et al. Light-excited photoelectrons coupled with bio-photocatalysis enhanced the degradation efficiency of oxytetracycline. Water Research. 143, 589-598 (2018).
  42. Acosta-Herazoa, R., Ángel Mueses, M., Li Puma, G., Machuca-Martínez, F. Impact of photocatalyst optical properties on the efficiency of solar photocatalytic reactors rationalized by the concepts of initial rate of photon absorption (IRPA) dimensionless boundary layer of photon absorption and apparent optical thickness. Chemical Engineering Journal. 356, 839-884 (2019).
  43. Grčić, I., Li Puma, G. Six-flux absorption-scattering models for photocatalysis under wide-spectrum irradiation sources in annular and flat reactors using catalysts with different optical properties. Applied Catalysis B: Environmental. 211, 222-234 (2017).
  44. Diaz-Anguloa, J., et al. Enhancement of the oxidative removal of diclofenac and of the TiO2 rate of photon absorption in dye-sensitized solar pilot scale CPC photocatalytic reactors. Chemical Engineering Journal. 381, 12252 (2020).
  45. Meng, S. G., et al. Efficient photocatalytic H2 evolution, CO2 reduction and N2 fixation coupled with organic synthesis by cocatalyst and vacancies engineering. Applied Catalysis B: Environmental. 285, 119789 (2021).
  46. Yang, M., et al. Graphene aerogel-based NiAl-LDH/g-C3N4 with ultratight sheet-sheet heterojunction for excellent visible-light photocatalytic activity of CO2 reduction. Applied Catalysis B: Environmental. 306, 121065 (2022).

Tags

Miljøvidenskab udgave 188 Fotokatalyse vandrensning antibiotika Ag3PO4 eksperimentelle metoder
En komplet metode til evaluering af fotokatalysatorers ydeevne til nedbrydning af antibiotika i miljøsanering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, B., Zhang, X., Li, L., Ji, M., … More

Wang, B., Zhang, X., Li, L., Ji, M., Zheng, Z., Shi, C., Li, Z., Hao, H. A Complete Method for Evaluating the Performance of Photocatalysts for the Degradation of Antibiotics in Environmental Remediation. J. Vis. Exp. (188), e64478, doi:10.3791/64478 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter