Méthode complète d’évaluation de la performance des photocatalyseurs pour la dégradation des antibiotiques dans l’assainissement de l’environnement

Les tétracyclines (CT) sont des antibiotiques courants qui offrent une protection efficace contre les infections bactériennes et sont largement utilisés dans l’élevage, l’aquaculture et la prévention des maladies ^1,2. Ils sont largement distribués dans l’eau en raison de leur surutilisation et de leur mauvaise application au cours des dernières décennies, ainsi que du rejet d’eaux usées industrielles³. Cela a entraîné une grave pollution de l’environnement et de graves risques pour la santé humaine; par exemple, la présence excessive de CT dans le milieu aqueux peut avoir une incidence négative sur la distribution de la communauté microbienne et la résistance bactérienne, entraînant des déséquilibres écologiques, principalement en raison de la nature hautement hydrophile et bioaccumulable des antibiotiques, ainsi que d’un certain niveau de bioactivité et de stabilité ^4,5,6 . En raison de l’hyperstabilité du TC dans l’environnement, il est difficile de se décomposer naturellement; Par conséquent, de nombreuses méthodes ont été développées, y compris des traitements biologiques, physico-chimiques et chimiques ^7,8,9. Les traitements biologiques sont très efficaces et peu coûteux^10,11. Cependant, parce qu’ils sont toxiques pour les micro-organismes, ils ne dégradent pas et ne minéralisent pas efficacement les molécules antibiotiques dans l’eau¹². Bien que les méthodes physico-chimiques puissent éliminer les antibiotiques des eaux usées directement et rapidement, cette méthode ne fait que convertir les molécules antibiotiques de la phase liquide à la phase solide, ne les dégrade pas complètement et est trop coûteuse¹³.

Contrairement aux méthodes conventionnelles, la photocatalyse à semi-conducteurs a été largement utilisée pour la dégradation des polluants au cours des dernières décennies en raison de ses propriétés de dégradation catalytique^{efficaces 14}. Par exemple, le catalyseur magnétique sans métal noble Fe_xMn_y de Li et al. a permis une oxydation photocatalytique efficace d’une variété de molécules antibiotiques dans l’eau sans utiliser d’oxydant¹⁵. Yan et al. ont rapporté la synthèse in situ de nanofeuilles de NiCo₂O₄ ressemblant à des lys sur du carbone dérivé de la biomasse résiduelle pour obtenir une élimination photocatalytique efficace des polluants phénoliques de l’eau¹⁶. La technologie repose sur un catalyseur semi-conducteur excité par la lumière pour générer des électrons (e^–) et des trous (h⁺)¹⁷ photogénérés. Les ^{radicaux anioniques} superoxydes (O2-) ouhydroxyles (OH-) ou hydroxyles (OH-) absorbés seront convertis en_{radicaux anioniques} superoxydes (O2-) ou hydroxyles (OH^–) absorbés, et ces espèces oxydatives oxydées et décomposent les molécules de polluants organiques dans l’eau en CO₂ et ^H2O et autres molécules organiques plus petites^18,19,20 . Cependant, il n’existe pas de norme de terrain unifiée pour l’évaluation des performances des photocatalyseurs. L’évaluation de la performance photocatalytique d’un matériau doit être étudiée en termes de processus de préparation du catalyseur, de conditions environnementales pour une performance catalytique optimale, de performance de recyclage du catalyseur, etc. Ag₃PO 4, avec sa capacité photocatalytique importante_, a suscité de vives préoccupations en matière d’assainissement de l’environnement. Ce nouveau photocatalyseur atteint des rendements quantiques allant jusqu’à 90 % à des longueurs d’onde supérieures à 420 nm, ce qui est nettement supérieur aux valeurs précédemment rapportées²¹. Cependant, la photocorrosion sévère et le taux de séparation insatisfaisant des trous d’électrons de l’Ag₃PO₄ limitent sa large application²². Par conséquent, diverses tentatives ont été faites pour surmonter ces inconvénients, telles que l’optimisation de la forme²³, le dopage^{ionique 24} et la construction d’hétérostructures^25,26,27. Dans cet article, Ag₃PO₄ a été modifié en utilisant le contrôle morphologique ainsi que l’ingénierie d’hétérojonction. Tout d’abord, des cristaux rhombiques dodécaédriques Ag₃PO₄ à haute énergie de surface ont été préparés par synthèse de phase solvant à température ambiante sous pression ambiante. Ensuite, la BrSubphtalocyanine supramoléculaire organique (BrSubPc), qui peut agir à la fois comme accepteur d’électrons et donneur d’électrons, a été auto-assemblée sur la surface du phosphate d’argent par la méthode solvothermique 28,29,30,31,32,33,34,35 . La performance photocatalytique des matériaux préparés a été évaluée en étudiant l’effet de différents facteurs environnementaux sur la performance photocatalytique des échantillons préparés pour dégrader des traces de tétracycline dans l’eau. Cet article fournit une référence pour l’évaluation systématique de la performance photocatalytique des matériaux, ce qui est important pour le développement futur de matériaux photocatalytiques pour des applications pratiques dans l’assainissement de l’environnement.