Полный метод оценки эффективности фотокатализаторов для деградации антибиотиков при восстановлении окружающей среды

Тетрациклины (ТК) являются распространенными антибиотиками, которые обеспечивают эффективную защиту от бактериальных инфекций и широко используются в животноводстве, аквакультуре и профилактике заболеваний ^1,2. Они широко распространены в воде из-за их чрезмерного использования и неправильного применения в последние десятилетия, а также сброса промышленных сточных вод³. Это привело к серьезному загрязнению окружающей среды и серьезным рискам для здоровья человека; например, чрезмерное присутствие ТК в водной среде может негативно влиять на распределение микробных сообществ и бактериальную резистентность, приводя к экологическому дисбалансу, в основном из-за высокой гидрофильной и биоаккумулятивной природы антибиотиков, а также определенного уровня биологической активности и стабильности ^4,5,6 . Из-за гиперстабильности ТС в окружающей среде его трудно разлагать естественным путем; Поэтому было разработано множество методов, включая биологическую, физико-химическую и химическую обработку ^7,8,9. Биологические очистки отличаются высокой эффективностью и недороговизной^10,11. Однако, поскольку они токсичны для микроорганизмов, они не эффективно разлагают и минерализуют молекулы антибиотиков в воде¹². Хотя физико-химические методы могут удалять антибиотики из сточных вод напрямую и быстро, этот метод только переводит молекулы антибиотиков из жидкой фазы в твердую фазу, не разлагает их полностью и является слишком дорогостоящим¹³.

В отличие от традиционных методов, полупроводниковый фотокатализ широко используется для разложения загрязняющих веществ в последние десятилетия благодаря его эффективным свойствам каталитического разложения¹⁴. Например, магнитный катализатор Fe_xMn_{y без} благородных металлов Li et al. обеспечивает эффективное фотокаталитическое окисление различных молекул антибиотиков в воде без использования какого-либо окислителя¹⁵. Yan et al. сообщили о синтезе in situ лилиеподобных нанолистов NiCo₂O₄ на углероде, полученном из отходов биомассы, для достижения эффективного фотокаталитического удаления фенольных загрязнителей из воды¹⁶. Технология основана на полупроводниковом катализаторе, возбуждаемом светом, для генерации фотогенерируемых электронов (e^–) и дырок (h⁺)¹⁷. Сгенерированные фото- e- и h⁺ будут превращаться в супероксидные анионные радикалы (_O2-) или гидроксильные радикалы ^(OH–) путем реакции с поглощенными O 2 и H 2 O, и эти окислительно активные частицы окисляют и разлагают молекулы органических загрязнителей в воде на CO 2 и H ₂ O и другие болеемелкие органические молекулы^18,19,20 . Однако не существует единого полевого стандарта для оценки характеристик фотокатализатора. Оценка фотокаталитических характеристик материала должна быть исследована с точки зрения процесса приготовления катализатора, условий окружающей среды для оптимальных каталитических характеристик, характеристик рециркуляции катализатора и т. д. Ag₃PO 4, с его выдающейся фотокаталитической способностью_, вызвал серьезную озабоченность в области восстановления окружающей среды. Этот новый фотокатализатор достигает квантовой эффективности до 90 % на длинах волн более 420 нм, что значительно выше ранее зарегистрированных значений²¹. Однако сильная фотокоррозия и неудовлетворительная скорость электронно-дырочного разделения Ag₃PO₄ ограничивают его широкое применение²². Поэтому были предприняты различные попытки преодолеть эти недостатки, такие как оптимизация^{формы 23}, ионное легирование 24 и построение гетероструктуры^25,26,27. В этой статье Ag₃PO₄ был модифицирован с использованием морфологического контроля, а также инженерии гетеропереходов. Во-первых, ромбические додекаэдрические кристаллы Ag₃PO₄ с высокой поверхностной энергией получали путем синтеза фазы растворителя при комнатной температуре при атмосферном давлении. Затем органический супрамолекулярный BrSubphthalocyanine (BrSubPc), который может действовать как акцептор электронов, так и донор электронов, самособирался на поверхности фосфата серебра сольвотермическим методом 28,29,30,31,32,33,34,35 . Фотокаталитические характеристики полученных материалов оценивали путем исследования влияния различных факторов окружающей среды на фотокаталитические характеристики подготовленных образцов для разложения следовых количеств тетрациклина в воде. Эта статья представляет собой справочную информацию для систематической оценки фотокаталитических характеристик материалов, что имеет значение для будущего развития фотокаталитических материалов для практического применения в восстановлении окружающей среды.