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Environment

पर्यावरण उपचार में एंटीबायोटिक दवाओं के क्षरण के लिए फोटोकैटलिस्ट के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए एक पूर्ण विधि

Published: October 06, 2022
doi:
10.3791/64478
, , , , , , ,
1School of Chemical Engineering,Northwest University

Summary

यहां प्रस्तुत पर्यावरणीय शुद्धिकरण के क्षेत्र में फोटोकैटलिस्ट के व्यापक प्रयोगशाला मूल्यांकन के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं के एक सार्वभौमिक सेट का पता लगाने के लिए एक प्रोटोकॉल है, जिसमें फेथालोसाइनिन संवेदी सिल्वर फॉस्फेट कंपोजिट द्वारा पानी से एंटीबायोटिक कार्बनिक प्रदूषक अणुओं के फोटोकैलाइटिक हटाने के उदाहरण का उपयोग किया गया है।

Abstract

टेट्रासाइक्लिन, ऑरोमाइसिन, एमोक्सिसिलिन और लिवोफ़्लॉक्सासिन जैसे विभिन्न एंटीबायोटिक्स भूजल और मिट्टी प्रणालियों में बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं, जो संभावित रूप से प्रतिरोधी और बहु-दवा प्रतिरोधी बैक्टीरिया के विकास की ओर ले जाते हैं, जो मनुष्यों, जानवरों और पर्यावरण प्रणालियों के लिए खतरा पैदा करते हैं। फोटोकैलाइटिक तकनीक ने अपने तेजी से और स्थिर उपचार और सौर ऊर्जा के प्रत्यक्ष उपयोग के कारण गहरी रुचि आकर्षित की है। हालांकि, पानी में कार्बनिक प्रदूषकों के फोटोकैलाइटिक क्षरण के लिए अर्धचालक उत्प्रेरक के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने वाले अधिकांश अध्ययन वर्तमान में अधूरे हैं। इस पेपर में, अर्धचालक उत्प्रेरक के फोटोकैलाइटिक प्रदर्शन का व्यापक रूप से मूल्यांकन करने के लिए एक पूर्ण प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल डिज़ाइन किया गया है। यहां, कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर एक सरल विलायक चरण संश्लेषण विधि द्वारा रोडबिक डोडेकाहेड्रल सिल्वर फॉस्फेट तैयार किया गया था। एजी3पीओ4 हेटरोज़न सामग्री सोल्वोथर्मल विधि द्वारा तैयार की गई थी। टेट्रासाइक्लिन के क्षरण के लिए तैयार सामग्रियों के उत्प्रेरक प्रदर्शन का मूल्यांकन वायुमंडलीय दबाव पर उत्प्रेरक खुराक, तापमान, पीएच और आयनों जैसे विभिन्न प्रभावित कारकों का अध्ययन करके किया गया था, जिसमें एक सिम्युलेटेड सौर प्रकाश स्रोत और 350 एमडब्ल्यू / सेमी2 की प्रकाश तीव्रता का उपयोग किया गया था। पहले चक्र की तुलना में, निर्मित BrSubphthalocyanine / Ag3 PO4 ने पांच फोटोकैलाइटिक चक्रों के बाद मूल फोटोकैलाइटिक गतिविधि का 82.0% बनाए रखा, जबकि प्राचीन Ag3 PO4 ने केवल 28.6% बनाए रखा। सिल्वर फॉस्फेट नमूनों की स्थिरता को आगे पांच-चक्र प्रयोग द्वारा परीक्षण किया गया था। यह पेपर व्यावहारिक अनुप्रयोगों की क्षमता के साथ अर्धचालक उत्प्रेरक के विकास के लिए प्रयोगशाला में अर्धचालक उत्प्रेरक के उत्प्रेरक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए एक पूरी प्रक्रिया प्रदान करता है।

Introduction

टेट्रासाइक्लिन (टीसी) सामान्य एंटीबायोटिक्स हैं जो जीवाणु संक्रमण के खिलाफ प्रभावी सुरक्षा प्रदान करते हैं और व्यापक रूप से पशुपालन, जलीय कृषि औररोग की रोकथाम में उपयोग किए जाते हैं। वे पिछले दशकों में उनके अति प्रयोग और अनुचित अनुप्रयोग के साथ-साथ औद्योगिक अपशिष्ट जल के निर्वहन के कारण पानी में व्यापक रूप से वितरित किएजाते हैं। इसने गंभीर पर्यावरण प्रदूषण और मानव स्वास्थ्य के लिए गंभीर जोखिम पैदा किया है; उदाहरण के लिए, जलीय वातावरण में टीसी की अत्यधिक उपस्थिति माइक्रोबियल सामुदायिक वितरण और जीवाणु प्रतिरोध को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती है, जिससे पारिस्थितिक असंतुलन हो सकता है, मुख्य रूप से एंटीबायोटिक दवाओं की अत्यधिक हाइड्रोफिलिक और जैवसंचय प्रकृति के साथ-साथ बायोएक्टिविटी और स्थिरता का एक निश्चित स्तर 4,5,6 . पर्यावरण में टीसी की अति-स्थिरता के कारण, स्वाभाविक रूप से टूटना मुश्किल है; इसलिए, जैविक, भौतिक रासायनिक और रासायनिक उपचार 7,8,9 सहित कई तरीकों को विकसित किया गया है। जैविक उपचार अत्यधिक कुशल और कम लागत वाले10,11 हैं। हालांकि, क्योंकि वे सूक्ष्मजीवों के लिए विषाक्त हैं, वे पानीमें एंटीबायोटिक अणुओं को प्रभावी ढंग से नीचा नहीं दिखाते हैं और खनिज करते हैं। यद्यपि भौतिक रासायनिक विधियां अपशिष्ट जल से एंटीबायोटिक दवाओं को सीधे और जल्दी से हटा सकती हैं, यह विधि केवल एंटीबायोटिक अणुओं को तरल चरण से ठोस चरण में परिवर्तित करती है, उन्हें पूरी तरह से नीचा नहीं करती है, औरबहुत महंगी है।

पारंपरिक तरीकों के विपरीत, अर्धचालक फोटोकैटेलिसिस का व्यापक रूप से इसके कुशल उत्प्रेरक क्षरण गुणों के कारण पिछले दशकों में प्रदूषकों के क्षरण के लिए उपयोग कियागया है। उदाहरण के लिए, ली एट अल के महान धातु मुक्त चुंबकीय FexMny उत्प्रेरक ने किसी भी ऑक्सीडेंट15 के उपयोग के बिना पानी में विभिन्न प्रकार के एंटीबायोटिक अणुओं के कुशल फोटोकैलाइटिक ऑक्सीकरण को प्राप्त किया। यान एट अलने पानी से फेनोलिक प्रदूषकों के कुशल फोटोकैलाइटिक हटाने के लिए अपशिष्ट बायोमास-व्युत्पन्न कार्बन पर लिली जैसे एनआईसीओ2ओ4 नैनोशीट्स के सीटू संश्लेषण की सूचना दी। प्रौद्योगिकी प्रकाशजनित इलेक्ट्रॉनों (ई–) और छेद (एच +) 17 उत्पन्न करने के लिए प्रकाश द्वारा उत्तेजित अर्धचालक उत्प्रेरक पर निर्भर करती है। फोटोजेनरेटेड ई– और एच + को अवशोषित ओ 2 और एच2 ओ के साथ प्रतिक्रिया करके सुपरऑक्साइड आयन कणों (ओ2–) या हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (ओएच–) में परिवर्तित किया जाएगा, और ये ऑक्सीडेटिव रूप से सक्रिय प्रजातियां पानी में कार्बनिक प्रदूषक अणुओं को सीओ 2 और एच2 ओ औरअन्य छोटे कार्बनिक अणुओं18,19,20 में ऑक्सीकरण और विघटित करती हैं। . हालांकि, फोटोकैटलिस्ट प्रदर्शन मूल्यांकन के लिए कोई एकीकृत क्षेत्र मानक नहीं है। एक सामग्री के फोटोकैलाइटिक प्रदर्शन के मूल्यांकन को उत्प्रेरक तैयारी प्रक्रिया, इष्टतम उत्प्रेरक प्रदर्शन के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों, उत्प्रेरक रीसाइक्लिंग प्रदर्शन आदि के संदर्भ में जांच की जानी चाहिए। एजी3पीओ4, अपनी प्रमुख फोटोकैलाइटिक क्षमता के साथ, पर्यावरणीय उपचार में पर्याप्त चिंता पैदा कर दी है। यह नया फोटोकैटलिस्ट 420 एनएम से अधिक तरंग दैर्ध्य पर 90% तक की क्वांटम क्षमता प्राप्त करता है, जो पहले रिपोर्ट किए गए मूल्यों21 की तुलना में काफी अधिक है। हालांकि, एजी3पीओ4 की गंभीर फोटो संक्षारण और असंतोषजनक इलेक्ट्रॉन-छेद पृथक्करण दर इसके व्यापक अनुप्रयोग22 को सीमित करती है। इसलिए, इन कमियों को दूर करने के लिए विभिन्न प्रयास किए गए हैं, जैसे कि आकार अनुकूलन23, आयन डोपिंग24, और बिल्डिंग 25,26,27। इस पेपर में, एजी3पीओ4 को आकृति विज्ञान नियंत्रण के साथ-साथ हेटरोज़न इंजीनियरिंग का उपयोग करके संशोधित किया गया था। सबसे पहले, उच्च सतह ऊर्जा के साथ रोडम्बिक डोडेकाहेड्रल एजी3पीओ4 क्रिस्टल परिवेश के दबाव में कमरे के तापमान पर विलायक चरण संश्लेषण द्वारा तैयार किए गए थे। फिर, कार्बनिक कार्बनिक बीआरएसब्थालोसाइनिन (बीआरएसयूबीपीसी), जो इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और इलेक्ट्रॉन दाता दोनों के रूप में कार्य कर सकता है, को सॉल्वोथर्मल विधि 28,29,30,31,32,33,34,35 द्वारा सिल्वर फॉस्फेट की सतह पर स्वयं इकट्ठा किया गया था। . तैयार सामग्रियों के फोटोकैलाइटिक प्रदर्शन का मूल्यांकन पानी में टेट्रासाइक्लिन की ट्रेस मात्रा को कम करने के लिए तैयार नमूनों के फोटोकैलाइटिक प्रदर्शन पर विभिन्न पर्यावरणीय कारकों के प्रभाव की जांच करके किया गया था। यह पेपर सामग्री के फोटोकैलाइटिक प्रदर्शन के व्यवस्थित मूल्यांकन के लिए एक संदर्भ प्रदान करता है, जो पर्यावरणीय उपचार में व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए फोटोकैलाइटिक सामग्री के भविष्य के विकास के लिए महत्वपूर्ण है।

Protocol

1. BrSubPc की तैयारी नोट: BrSubPc नमूना पहले प्रकाशित काम36 के अनुसार तैयार किया गया था। प्रतिक्रिया एक डबल-पंक्ति ट्यूब वैक्यूम लाइन सिस्टम में की जाती है, और प्रतिक्रिया प्रक्रिया को पा?…

Representative Results

इस विलायक चरण संश्लेषण विधि का उपयोग करके रोडम्बिक डोडेकाहेड्रॉन एजी3पीओ4 को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया था। यह चित्रा 1 ए, बी में दिखाए गए एसईएम छवियों द्वारा पुष्टि की जाती ?…

Discussion

इस पेपर में, हम उत्प्रेरक की तैयारी, फोटोकैटालिसिस को प्रभावित करने वाले कारकों की जांच और उत्प्रेरक रीसाइक्लिंग के प्रदर्शन सहित फोटोकैलाइटिक सामग्री के उत्प्रेरक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लि?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (21606180), और शांक्सी के प्राकृतिक विज्ञान बुनियादी अनुसंधान कार्यक्रम (कार्यक्रम संख्या 2019जेएम -589) द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

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
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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).
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