Un metodo completo per valutare le prestazioni dei fotocatalizzatori per la degradazione degli antibiotici nella bonifica ambientale

Le tetracicline (TC) sono antibiotici comuni che forniscono una protezione efficace contro le infezioni batteriche e sono ampiamente utilizzate nell’allevamento di animali, nell’acquacoltura e nella prevenzione delle malattie ^1,2. Sono ampiamente distribuiti nell’acqua a causa del loro uso eccessivo e dell’applicazione impropria negli ultimi decenni, nonché dello scarico di acque reflue industriali³. Ciò ha causato un grave inquinamento ambientale e gravi rischi per la salute umana; ad esempio, l’eccessiva presenza di TC nell’ambiente acquoso può influire negativamente sulla distribuzione della comunità microbica e sulla resistenza batterica, portando a squilibri ecologici, principalmente a causa della natura altamente idrofila e bioaccumulabile degli antibiotici, nonché di un certo livello di bioattività e stabilità ^4,5,6 . A causa dell’iperstabilità del TC nell’ambiente, è difficile da abbattere naturalmente; Pertanto, sono stati sviluppati molti metodi, tra cui trattamenti biologici, fisico-chimici e chimici ^7,8,9. I trattamenti biologici sono altamente efficienti e a basso costo^10,11. Tuttavia, poiché sono tossici per i microrganismi, non degradano e mineralizzano efficacemente le molecole antibiotiche in acqua¹². Sebbene i metodi fisico-chimici possano rimuovere gli antibiotici dalle acque reflue direttamente e rapidamente, questo metodo converte solo le molecole antibiotiche dalla fase liquida alla fase solida, non le degrada completamente ed è troppo costoso¹³.

A differenza dei metodi convenzionali, la fotocatalisi dei semiconduttori è stata ampiamente utilizzata per la degradazione degli inquinanti negli ultimi decenni grazie alle sue efficienti proprietà di degradazione catalitica¹⁴. Ad esempio, il catalizzatore magnetico Fe_xMn_y privo di metalli nobili di Li et al. ha ottenuto un’efficiente ossidazione fotocatalitica di una varietà di molecole antibiotiche in acqua senza l’uso di alcun ossidante¹⁵. Yan et al. hanno riportato la sintesi in situ di nanofogli NiCo₂O₄ simili a giglio su carbonio derivato dalla biomassa di scarto per ottenere un’efficiente rimozione fotocatalitica degli inquinanti fenolici dall’acqua¹⁶. La tecnologia si basa su un catalizzatore a semiconduttore eccitato dalla luce per generare elettroni fotogenerati (e^–) e lacune (h⁺)¹⁷. Gli e- e h⁺ fotogenerati saranno convertiti in radicali anionici superossido (O 2-) o radicali idrossilici (OH^–) reagendo con O 2 e H 2 O assorbiti, e queste specie ossidativamente attive ossidano e decompongono le molecole di inquinanti organici in acqua in CO 2 e H ₂ O e altre molecole organiche più piccole^18,19,20 . Tuttavia, non esiste uno standard di campo unificato per la valutazione delle prestazioni del fotocatalizzatore. La valutazione delle prestazioni fotocatalitiche di un materiale dovrebbe essere studiata in termini di processo di preparazione del catalizzatore, condizioni ambientali per prestazioni catalitiche ottimali, prestazioni di riciclaggio del catalizzatore, ecc. Ag₃PO 4, con la sua prominente capacità fotocatalitica_, ha innescato notevoli preoccupazioni nel risanamento ambientale. Questo nuovo fotocatalizzatore raggiunge efficienze quantiche fino al 90 % a lunghezze d’onda superiori a 420 nm, che è significativamente superiore ai valori precedentemente riportati²¹. Tuttavia, la grave fotocorrosione e l’insoddisfacente velocità di separazione elettrone-lacuna di Ag₃PO₄ ne limitano l’ampia applicazione²². Pertanto, sono stati fatti vari tentativi per superare questi inconvenienti, come l’ottimizzazione della forma²³, il drogaggio ionico 24 e la costruzione di eterostrutture^25,26,27. In questo articolo, Ag₃PO₄ è stato modificato utilizzando il controllo morfologico e l’ingegneria dell’eterogiunzione. In primo luogo, i cristalli rombici dodecaedrici Ag₃PO₄ con elevata energia superficiale sono stati preparati mediante sintesi in fase solvente a temperatura ambiente sotto pressione ambiente. Quindi, la BrSubftalocianina organica supramolecolare (BrSubPc), che può agire sia come accettore di elettroni che come donatore di elettroni, è stata auto-assemblata sulla superficie del fosfato d’argento con il metodo solvotermico 28,29,30,31,32,33,34,35 . Le prestazioni fotocatalitiche dei materiali preparati sono state valutate studiando l’effetto di diversi fattori ambientali sulle prestazioni fotocatalitiche dei campioni preparati per degradare tracce di tetraciclina in acqua. Questo articolo fornisce un riferimento per la valutazione sistematica delle prestazioni fotocatalitiche dei materiali, che è significativo per il futuro sviluppo di materiali fotocatalitici per applicazioni pratiche nel risanamento ambientale.