환경 개선에서 항생제 분해를 위한 광촉매의 성능을 평가하기 위한 완전한 방법

테트라사이클린(Tetracycline, TCs)은 박테리아 감염을 효과적으로 예방하는 일반적인 항생제로, 축산, 양식업, 질병 예방에 널리 사용된다 ^1,2. 그들은 지난 수십 년 동안 남용 및 부적절한 적용과 산업 폐수 배출로 인해 물에 널리 분포되어 있습니다³. 이것은 심각한 환경 오염과 인체 건강에 심각한 위험을 초래했습니다. 예를 들어, 수성 환경에서 TC의 과도한 존재는 미생물 군집 분포 및 박테리아 저항성에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 주로 항생제의 높은 친수성 및 생물 농축성 특성과 일정 수준의 생체 활성 및 안정성으로 인해 생태학적 불균형을 초래할 수 있습니다 ^4,5,6 . 환경에서 TC의 과도한 안정성으로 인해 자연적으로 분해되기 어렵습니다. 따라서 생물학적, 물리 화학적 및 화학적 처리 ^7,8,9를 포함한 많은 방법이 개발되었습니다. 생물학적 처리는 매우 효율적이고 저렴한 비용입니다^10,11. 그러나 미생물에 독성이 있기 때문에 물에서 항생제 분자를 효과적으로 분해하고 무기질화하지 않습니다¹². 물리화학적 방법은 폐수에서 항생제를 직접적이고 신속하게 제거할 수 있지만, 이 방법은 항생제 분자를 액상에서 고체상으로 전환시킬 뿐, 완전히 분해되지 않으며, 비용이 너무 많이 든다¹³.

종래의 방법과는 달리, 반도체 광촉매는 효율적인 촉매 분해 특성으로 인해 지난 수십 년 동안 오염 물질의 분해에 널리 사용되어 왔다¹⁴. 예를 들어, Li et al.의 귀금속-비자성_FexMny촉매는 어떠한 산화제의 사용 없이 물에서 다양한 항생제 분자의 효율적인 광촉매 산화를 달성하였다 ¹⁵. Yan et al. 물에서 페놀 오염 물질을 효율적으로 광촉매로 제거하기 위해 폐기물 바이오매스 유래 탄소에 대한 백합 유사_NiCo2O4나노시트의 현장 합성을 보고했습니다 ¹⁶. 이 기술은 빛에 의해 여기된 반도체 촉매에 의존하여 광생성 전자(e^–)와 정공(h⁺)¹⁷을 생성합니다. 광생성 e- 및 h⁺는 흡수된_{O2 및 H2O}와 반응하여 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼_(O2^–) 또는 하이드록실 라디칼(OH^–)로 전환되며, 이러한 산화 활성 종은 물 중의 유기 오염 물질 분자를 산화 및 분해하여 CO₂ 및 H 2O 및 기타 더 작은 유기 분자^18,19,20 . 그러나 광촉매 성능 평가를 위한 통일된 현장 표준은 없습니다. 재료의 광촉매 성능 평가는 촉매 준비 과정, 최적의 촉매 성능을 위한 환경 조건, 촉매 재활용 성능 등의 측면에서 조사되어야 합니다. 뛰어난 광촉매 능력을 가진 Ag₃PO₄는 환경 개선에 상당한 우려를 불러일으켰습니다. 이 새로운 광촉매는 420nm보다 큰 파장에서 최대 90%의 양자 효율을 달성하며, 이는 이전에 보고된 값(²¹)보다 훨씬 높습니다. 그러나,_Ag3PO4의 심각한 광부식 및 불만족스러운 전자-정공 분리율은 그 폭넓은 적용을 제한한다²². 따라서, 형상 최적화⁽²³), 이온 도핑(²⁴), 헤테로구조 빌딩(^{25, 26, 27}) 등 이러한 단점을 극복하기 위한 다양한 시도가 이루어졌다. 본 논문에서는 Ag3PO4를 형태 제어와 이종접합 공학을 이용하여 변형하였다. 먼저, 상압하에서 상온에서 용매상 합성을 통해 표면에너지가 높은 능십이면체_Ag3PO4결정을 제조하였다. 이어서, 전자 수용체 및 전자 공여체로서 둘 다 작용할 수 있는 유기 초분자체 BrSubphthalocyanine (BrSubPc)을 용매열 방법 28,29,30,31,32,33,34,35에 의해 인산은 표면에 자가 조립하였다 . 제조된 물질의 광촉매 성능은 물에서 미량의 테트라사이클린을 분해하기 위해 제조된 샘플의 광촉매 성능에 대한 상이한 환경적 요인의 영향을 조사함으로써 평가되었다. 이 논문은 재료의 광촉매 성능에 대한 체계적인 평가를 위한 참고 자료를 제공하며, 이는 환경 개선의 실제 적용을 위한 광촉매 재료의 미래 개발에 중요합니다.