Een complete methode voor het evalueren van de prestaties van fotokatalysatoren voor de afbraak van antibiotica bij milieusanering

Tetracyclines (TC’s) zijn veel voorkomende antibiotica die effectieve bescherming bieden tegen bacteriële infecties en worden veel gebruikt in de veehouderij, aquacultuur en ziektepreventie ^1,2. Ze zijn wijd verspreid in water vanwege hun overmatig gebruik en onjuiste toepassing in de afgelopen decennia, evenals de lozing van industrieel afvalwater³. Dit heeft geleid tot ernstige milieuvervuiling en ernstige risico’s voor de menselijke gezondheid; de overmatige aanwezigheid van TC’s in het waterige milieu kan bijvoorbeeld een negatieve invloed hebben op de verspreiding van microbiële gemeenschappen en bacteriële resistentie, wat leidt tot ecologische onevenwichtigheden, voornamelijk als gevolg van de sterk hydrofiele en bioaccumulerende aard van antibiotica, evenals een bepaald niveau van bioactiviteit en stabiliteit ^4,5,6 . Door de hyperstabiliteit van TC in de omgeving is het moeilijk om op natuurlijke wijze af te breken; Daarom zijn er veel methoden ontwikkeld, waaronder biologische, fysisch-chemische en chemische behandelingen ^7,8,9. Biologische behandelingen zijn zeer efficiënt en goedkoop^10,11. Omdat ze echter giftig zijn voor micro-organismen, degraderen en mineraliseren ze antibioticamoleculen in water^{niet effectief 12}. Hoewel fysisch-chemische methoden antibiotica direct en snel uit afvalwater kunnen verwijderen, zet deze methode alleen de antibioticamoleculen om van de vloeibare fase naar de vaste fase, breekt ze niet volledig af en is te duur¹³.

In tegenstelling tot conventionele methoden is halfgeleiderfotokatalyse de afgelopen decennia op grote schaal gebruikt voor de afbraak van verontreinigende stoffen vanwege de efficiënte katalytische afbraakeigenschappen¹⁴. De edelmetaalvrije magnetische Fe_xMn_{y-katalysator} van Li et al. bereikte bijvoorbeeld een efficiënte fotokatalytische oxidatie van een verscheidenheid aan antibiotische moleculen in water zonder het gebruik van oxidant¹⁵. Yan et al. rapporteerden de in situ synthese van lelie-achtige NiCo₂O₄ nanosheets op afvalbiomassa-afgeleide koolstof om efficiënte fotokatalytische verwijdering van fenolverontreinigende stoffen uit water^{te bereiken 16}. De technologie is gebaseerd op een halfgeleiderkatalysator die door licht wordt aangeslagen om fotogegenereerde elektronen (e^–) en gaten (h⁺)¹⁷ te genereren. De fotogenereerde e- en h⁺ worden omgezet in superoxide-anionradicalen (O 2^–) of hydroxylradicalen (OH^–) door te reageren met geabsorbeerd O 2 en H 2 O, en deze oxidatief actieve soorten oxideren en ontbinden organische verontreinigende moleculen in water in CO 2 en H ₂O en andere kleinere organische moleculen^18,19,20 . Er is echter geen uniforme veldstandaard voor de evaluatie van de prestaties van fotokatalysatoren. De evaluatie van de fotokatalytische prestaties van een materiaal moet worden onderzocht in termen van het katalysatorvoorbereidingsproces, omgevingsomstandigheden voor optimale katalytische prestaties, katalysatorrecyclingprestaties, enz. Ag₃PO 4, met zijn prominente fotokatalytische vermogen_, heeft geleid tot aanzienlijke bezorgdheid over milieusanering. Deze nieuwe fotokatalysator bereikt kwantumefficiënties tot 90% bij golflengten groter dan 420 nm, wat aanzienlijk hoger is dan eerder gerapporteerde waarden²¹. De ernstige fotocorrosie en onbevredigende elektron-gatscheidingssnelheid van Ag₃PO₄ beperken echter de brede toepassing^{ervan 22}. Daarom zijn er verschillende pogingen gedaan om deze nadelen te ondervangen, zoals vormoptimalisatie²³, ionendoping 24 en heterostructuurgebouw^25,26,27. In dit artikel werd Ag₃PO₄ aangepast met behulp van morfologische controle en heterojunctie-engineering. Eerst werden ruitvormige dodecaëdrische Ag₃PO 4-kristallen met een hoge oppervlakte-energie bereid door oplosmiddelfasesynthese bij kamertemperatuur onder omgevingsdruk. Vervolgens werd organisch supramoleculair BrSubphthalocyanine (BrSubPc), dat zowel als elektronenacceptor als elektronendonor kan fungeren, zelf geassembleerd op het zilverfosfaatoppervlak volgens de solvotherme methode 28,29,30,31,32,33,34,35 . De fotokatalytische prestaties van de bereide materialen werden geëvalueerd door het effect van verschillende omgevingsfactoren op de fotokatalytische prestaties van de bereide monsters te onderzoeken om sporenhoeveelheden tetracycline in water af te breken. Dit artikel biedt een referentie voor de systematische evaluatie van de fotokatalytische prestaties van de materialen, wat van belang is voor de toekomstige ontwikkeling van fotokatalytische materialen voor praktische toepassingen in milieusanering.