Um método completo para avaliar o desempenho de fotocatalisadores na degradação de antibióticos na remediação ambiental

As tetraciclinas (CTs) são antibióticos comuns que conferem proteção efetiva contra infecções bacterianas e são amplamente utilizados na pecuária, aquicultura e prevenção de doenças ^1,2. São amplamente distribuídos na água devido ao seu uso excessivo e aplicação inadequada nas últimas décadas, bem como ao lançamento de efluentes industriais³. Isso causou grave poluição ambiental e sérios riscos à saúde humana; por exemplo, a presença excessiva de CTs no ambiente aquoso pode afetar negativamente a distribuição da comunidade microbiana e a resistência bacteriana, levando a desequilíbrios ecológicos, principalmente devido à natureza altamente hidrofílica e bioacumulável dos antibióticos, bem como a um certo nível de bioatividade e estabilidade ^4,5,6 . Devido à hiperestabilidade do CT no ambiente, é difícil decompô-lo naturalmente; portanto, muitos métodos têm sido desenvolvidos, incluindo tratamentos biológicos, físico-químicos e químicos ^7,8,9. Os tratamentos biológicos são altamente eficientes e de baixo custo^10,11. No entanto, por serem tóxicos aos microrganismos, não degradam e mineralizam efetivamente as moléculas antibióticas da água¹². Embora os métodos físico-químicos possam remover antibióticos das águas residuárias direta e rapidamente, esse método apenas converte as moléculas de antibióticos da fase líquida para a fase sólida, não as degrada completamente e é muito dispendioso¹³.

Em contraste com os métodos convencionais, a fotocatálise semicondutora tem sido amplamente utilizada para a degradação de poluentes nas últimas décadas devido às suas eficientes propriedades de degradação catalítica¹⁴. Por exemplo, o catalisador magnético Fe_xMn_y livre de metais nobres de Li e colaboradores conseguiu oxidação fotocatalítica eficiente de uma variedade de moléculas de antibióticos em água sem o uso de qualquer oxidante¹⁵. Yan e col. relataram a síntese in situ de nanofolhas de NiCo₂O₄ semelhantes a lírios sobre carbono derivado de biomassa residual para obter remoção fotocatalítica eficiente de poluentes fenólicos da água¹⁶. A tecnologia se baseia em um catalisador semicondutor excitado pela luz para gerar elétrons fotogerados (e^–) e buracos (h⁺)¹⁷. Os e- e h⁺ fotogerados serão convertidos em radicais ânion superóxido (O 2-) ou radicais hidroxila (OH^–) reagindo com absorção de O 2 e H 2 O, e essas espécies oxidativamente ativas oxidam e decompõem moléculas de poluentes orgânicos em água em CO 2 e H ₂ O e outras moléculas orgânicas menores^18,19,20 . No entanto, não existe um padrão de campo unificado para avaliação do desempenho de fotocatalisadores. A avaliação do desempenho fotocatalítico de um material deve ser investigada em termos do processo de preparação do catalisador, condições ambientais para um desempenho catalítico ótimo, desempenho de reciclagem do catalisador, etc. Ag₃PO 4, com sua proeminente capacidade fotocatalítica_, tem despertado preocupação substancial na remediação ambiental. Este novo fotocatalisador atinge eficiências quânticas de até 90 % em comprimentos de onda superiores a 420 nm, o que é significativamente maior do que os valores relatados anteriormente²¹. No entanto, a grave fotocorrosão e a insatisfatória taxa de separação elétron-furo de Ag₃PO₄ limitam sua ampla aplicação²². Portanto, várias tentativas têm sido feitas para superar essas desvantagens, como otimização de forma 23, doping iônico²⁴ e construção de heteroestrutura^25,26,27. Neste trabalho, Ag₃PO₄ foi modificado usando controle morfológico e engenharia de heterojunção. Primeiramente, cristais rombos de Ag₃PO₄ dodecaédricos com alta energia superficial foram preparados por síntese de fase solvente à temperatura ambiente sob pressão ambiente. Em seguida, a BrSubphthalocyanine orgânica supramolecular (BrSubPc), que pode atuar tanto como aceptor quanto doador de elétrons, foi auto-montada na superfície do fosfato de prata pelo método solvotérmico 28,29,30,31,32,33,34,35 . O desempenho fotocatalítico dos materiais preparados foi avaliado investigando-se o efeito de diferentes fatores ambientais sobre o desempenho fotocatalítico das amostras preparadas para degradar traços de tetraciclina em água. Este trabalho fornece uma referência para a avaliação sistemática do desempenho fotocatalítico dos materiais, o que é de importância para o desenvolvimento futuro de materiais fotocatalíticos para aplicações práticas em remediação ambiental.