Un método completo para evaluar el rendimiento de fotocatalizadores para la degradación de antibióticos en la remediación ambiental

Las tetraciclinas (CT) son antibióticos comunes que proporcionan una protección eficaz contra las infecciones bacterianas y son ampliamente utilizados en la cría de animales, la acuicultura y la prevención de enfermedades ^1,2. Se distribuyen ampliamente en el agua debido a su uso excesivo y aplicación inadecuada en las últimas décadas, así como a la descarga de aguas residuales industriales³. Esto ha causado una grave contaminación ambiental y graves riesgos para la salud humana; por ejemplo, la presencia excesiva de CT en el ambiente acuoso puede afectar negativamente la distribución de la comunidad microbiana y la resistencia bacteriana, dando lugar a desequilibrios ecológicos, principalmente debido a la naturaleza altamente hidrófila y bioacumulativa de los antibióticos, así como a un cierto nivel de bioactividad y estabilidad ^4,5,6 . Debido a la hiperestabilidad de la CT en el medio ambiente, es difícil descomponerse naturalmente; Por lo tanto, se han desarrollado muchos métodos, incluidos los tratamientos biológicos, fisicoquímicos y químicos ^7,8,9. Los tratamientos biológicos son altamente eficientes y de bajo costo^10,11. Sin embargo, debido a que son tóxicos para los microorganismos, no degradan y mineralizan eficazmente las moléculas de antibióticos en el agua¹². Aunque los métodos fisicoquímicos pueden eliminar los antibióticos de las aguas residuales directa y rápidamente, este método solo convierte las moléculas de antibióticos de la fase líquida a la fase sólida, no las degrada completamente y es demasiado costoso¹³.

A diferencia de los métodos convencionales, la fotocatálisis semiconductora ha sido ampliamente utilizada para la degradación de contaminantes en las últimas décadas debido a sus eficientes propiedades de degradación catalítica¹⁴. Por ejemplo, el catalizador magnético libre de metales nobles Fe_xMn_y de Li et al. logró una oxidación fotocatalítica eficiente de una variedad de moléculas de antibióticos en agua sin el uso de ningún oxidante¹⁵. Yan et al. reportaron la síntesis in situ de nanoláminas de NiCo₂O₄ similares a lirios en carbono derivado de biomasa residual para lograr la eliminación fotocatalítica eficiente de contaminantes fenólicos del agua¹⁶. La tecnología se basa en un catalizador semiconductor excitado por la luz para generar electrones fotogenerados (e^–) y agujeros (h⁺)¹⁷. Los e- y h⁺ fotogenerados se convertirán en radicales aniónicos superóxido (O2-) o radicales hidroxilo ^(OH–) reaccionando con O2 y H2O absorbidos, y estas especies oxidativamente activas oxidan y descomponen moléculas contaminantes orgánicas en agua en CO₂ y _H2Oy otras moléculas orgánicas más pequeñas^18,19,20 . Sin embargo, no existe un estándar de campo unificado para la evaluación del rendimiento del fotocatalizador. La evaluación del rendimiento fotocatalítico de un material debe investigarse en términos del proceso de preparación del catalizador, las condiciones ambientales para un rendimiento catalítico óptimo, el rendimiento del reciclaje del catalizador, etc. Ag₃PO_4, con su prominente capacidad fotocatalítica, ha provocado una preocupación sustancial en la remediación ambiental. Este nuevo fotocatalizador logra eficiencias cuánticas de hasta el 90 % en longitudes de onda superiores a 420 nm, que es significativamente más alta que los valores previamente informados²¹. Sin embargo, la severa fotocorrosión y la insatisfactoria tasa de separación electrón-hueco de Ag₃PO₄ limitan su amplia aplicación²². Por lo tanto, se han hecho varios intentos para superar estos inconvenientes, como la optimización de la forma²³, el dopaje iónico 24 y la construcción de heteroestructura^25,26,27. En este artículo, Ag₃PO₄ se modificó utilizando control morfológico e ingeniería de heterounión. En primer lugar, los cristales dodecaédricos rómbicos Ag₃PO₄ con alta energía superficial se prepararon mediante síntesis en fase solvente a temperatura ambiente bajo presión ambiente. Luego, la BrSubftalocianina orgánica supramolecular (BrSubPc), que puede actuar como aceptor de electrones y donante de electrones, se autoensambló en la superficie del fosfato de plata por el método solvotérmico 28,29,30,31,32,33,34,35 . El rendimiento fotocatalítico de los materiales preparados se evaluó investigando el efecto de diferentes factores ambientales en el rendimiento fotocatalítico de las muestras preparadas para degradar trazas de tetraciclina en agua. Este documento proporciona una referencia para la evaluación sistemática del rendimiento fotocatalítico de los materiales, que es de importancia para el desarrollo futuro de materiales fotocatalíticos para aplicaciones prácticas en la remediación ambiental.