طريقة كاملة لتقييم أداء المحفزات الضوئية لتدهور المضادات الحيوية في المعالجة البيئية

التتراسيكلين (TCs) هي مضادات حيوية شائعة توفر حماية فعالة ضد الالتهابات البكتيرية وتستخدم على نطاق واسع في تربية الحيوانات وتربية الأحياء المائية والوقاية من الأمراض^1،2. يتم توزيعها على نطاق واسع في المياه بسبب الإفراط في استخدامها وتطبيقها غير السليم في العقود الماضية ، وكذلك تصريف مياه الصرف الصناعي³. وقد تسبب ذلك في تلوث بيئي شديد ومخاطر جسيمة على صحة الإنسان؛ على سبيل المثال ، يمكن أن يؤثر الوجود المفرط لل TCs في البيئة المائية سلبا على توزيع المجتمع الميكروبي والمقاومة البكتيرية ، مما يؤدي إلى اختلالات بيئية ، ويرجع ذلك أساسا إلى الطبيعة شديدة المحبة للماء والتراكم الحيوي للمضادات الحيوية ، فضلا عن مستوى معين من النشاط الحيوي والاستقرار⁴،^5،6 . بسبب الاستقرار المفرط ل TC في البيئة ، من الصعب الانهيار بشكل طبيعي ؛ لذلك ، تم تطوير العديد من الطرق ، بما في ذلك العلاجات البيولوجية والفيزيائية والكيميائية^7،8،9. العلاجات البيولوجية عالية الكفاءة ومنخفضة^{التكلفة 10,11}. ومع ذلك ، نظرا لأنها سامة للكائنات الحية الدقيقة ، فإنها لا تتحلل وتمعدن جزيئات المضادات الحيوية في الماء بشكل فعال¹². على الرغم من أن الطرق الفيزيائية والكيميائية يمكن أن تزيل المضادات الحيوية من مياه الصرف الصحي بشكل مباشر وسريع ، إلا أن هذه الطريقة تحول جزيئات المضادات الحيوية فقط من المرحلة السائلة إلى المرحلة الصلبة ، ولا تحللها تماما ، وهي مكلفة للغاية¹³.

على عكس الطرق التقليدية ، تم استخدام التحفيز الضوئي لأشباه الموصلات على نطاق واسع لتدهور الملوثات في العقود الماضية بسبب خصائص التحلل التحفيزي الفعالة¹⁴. على سبيل المثال ، حقق المحفز المغناطيسي النبيل الخالي من المعادن Fe_xMn_y ل Li et al. أكسدة محفزة ضوئية فعالة لمجموعة متنوعة من جزيئات المضادات الحيوية في الماء دون استخدام أي مؤكسد¹⁵. أبلغ يان وآخرون عن التوليف في الموقع للصفائح النانوية NiCo₂O₄ الشبيهة بالزنبق على نفايات الكربون المشتق من الكتلة الحيوية لتحقيق إزالة محفزة ضوئية فعالة للملوثات الفينولية من الماء¹⁶. تعتمد هذه التقنية على محفز أشباه الموصلات الذي يثيره الضوء لتوليد إلكترونات مولدة ضوئيا (e^–) وثقوب (h ⁺⁾¹⁷. سيتم تحويل e- و h ⁺ المولدة ضوئيا إلى جذور أنيون فائقة الأكسيد (O 2-) أو جذور الهيدروكسيل (OH^–) عن طريق التفاعل مع O₂ و H 2 O الممتصة ، وهذه الأنواع النشطة مؤكسدة وتحلل جزيئات الملوثات العضوية في الماء إلى CO 2 و H ₂O وجزيئات عضوية أصغر أخرى^18،19،20 . ومع ذلك ، لا يوجد معيار ميداني موحد لتقييم أداء المحفز الضوئي. يجب التحقيق في تقييم أداء التحفيز الضوئي للمادة من حيث عملية تحضير المحفز ، والظروف البيئية للأداء الحفاز الأمثل ، وأداء إعادة تدوير المحفز ، وما إلى ذلك. Ag₃PO 4 ، بقدرته التحفيزية الضوئية البارزة_، أثار قلقا كبيرا في المعالجة البيئية. يحقق هذا المحفز الضوئي الجديد كفاءات كمية تصل إلى 90٪ عند أطوال موجية أكبر من 420 نانومتر ، وهو أعلى بكثير من القيم المبلغ عنها سابقا²¹. ومع ذلك ، فإن التآكل الشديد للصور ومعدل فصل ثقب الإلكترون غير المرضي ل Ag₃PO₄ يحد من تطبيقه الواسع²². لذلك ، بذلت محاولات مختلفة للتغلب على هذه العيوب ، مثل تحسين الشكل 23 ، المنشطات الأيونية²⁴ ، وبناء البنية غير المتجانسة²⁵،^26،27. في هذا البحث ، تم تعديل Ag₃PO₄ باستخدام التحكم في التشكل وكذلك هندسة الوصلات غير المتجانسة. أولا ، تم تحضير بلورات الاثني عشر السطوح المعينية Ag₃PO₄ ذات الطاقة السطحية العالية عن طريق تخليق طور المذيب في درجة حرارة الغرفة تحت الضغط المحيط. بعد ذلك ، تم تجميع BrSubphthalocyanine العضوي فوق الجزيئي (BrSubPc) ، والذي يمكن أن يعمل كمستقبل للإلكترون ومتبرع للإلكترون ، ذاتيا على سطح فوسفات الفضة بطريقة الذوبان^{الحراري 28}،²⁹،³⁰،31،32،^33،34،35 . تم تقييم أداء التحفيز الضوئي للمواد المحضرة من خلال التحقيق في تأثير العوامل البيئية المختلفة على أداء التحفيز الضوئي للعينات المحضرة لتحلل كميات ضئيلة من التتراسيكلين في الماء. توفر هذه الورقة مرجعا للتقييم المنهجي لأداء التحفيز الضوئي للمواد ، وهو أمر مهم للتطوير المستقبلي للمواد المحفزة ضوئيا للتطبيقات العملية في المعالجة البيئية.