Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

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

Published: October 6, 2022 doi: 10.3791/64478
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1School of Chemical Engineering, Northwest University

Summary

Hier wordt een protocol gepresenteerd om een universele reeks experimentele procedures te verkennen voor uitgebreide laboratoriumevaluatie van fotokatalysatoren op het gebied van milieuzuivering, met behulp van het voorbeeld van fotokatalytische verwijdering van antibiotische organische verontreinigende moleculen uit water door ftalocyanine gesensibiliseerde zilverfosfaatcomposieten.

Abstract

Verschillende antibiotica zoals tetracycline, aureomycine, amoxicilline en levofloxacine worden in grote hoeveelheden aangetroffen in grondwater- en bodemsystemen, wat mogelijk leidt tot de ontwikkeling van resistente en multiresistente bacteriën, die een bedreiging vormen voor mens, dier en milieusystemen. Fotokatalytische technologie heeft grote belangstelling getrokken vanwege de snelle en stabiele behandeling en het directe gebruik van zonne-energie. De meeste studies die de prestaties van halfgeleiderkatalysatoren voor de fotokatalytische afbraak van organische verontreinigende stoffen in water evalueren, zijn momenteel echter onvolledig. In dit artikel is een compleet experimenteel protocol ontworpen om de fotokatalytische prestaties van halfgeleiderkatalysatoren uitgebreid te evalueren. Hierin werd ruitvormig dodecaëdraal zilverfosfaat bereid met een eenvoudige synthesemethode voor oplosmiddelfases bij kamertemperatuur en atmosferische druk. BrSubphthalocyanine/Ag3PO4 heterojunctiematerialen werden bereid volgens de solvotherme methode. De katalytische prestaties van as-prepared materialen voor de afbraak van tetracycline werden geëvalueerd door het bestuderen van verschillende beïnvloedende factoren zoals katalysatordosering, temperatuur, pH en anionen bij atmosferische druk met behulp van een 300 W xenonlamp als een gesimuleerde zonnelichtbron en een lichtintensiteit van 350 mW / cm2. In vergelijking met de eerste cyclus behield de geconstrueerde BrSubphthalocyanine/Ag 3 PO 4 82,0% van de oorspronkelijke fotokatalytische activiteit na vijf fotokatalytische cycli, terwijl de ongerepte Ag3PO4 slechts 28,6% behield. De stabiliteit van zilverfosfaatmonsters werd verder getest door een experiment met vijf cycli. Dit artikel biedt een compleet proces voor het evalueren van de katalytische prestaties van halfgeleiderkatalysatoren in het laboratorium voor de ontwikkeling van halfgeleiderkatalysatoren met potentieel voor praktische toepassingen.

Introduction

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 goedkoop10,11. Omdat ze echter giftig zijn voor micro-organismen, degraderen en mineraliseren ze antibioticamoleculen in waterniet 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 FexMny-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 waterte 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 moleculen18,19,20 . 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 toepassingervan 22. Daarom zijn er verschillende pogingen gedaan om deze nadelen te ondervangen, zoals vormoptimalisatie23, ionendoping 24 en heterostructuurgebouw25,26,27. 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Bereiding van de BrSubPc

OPMERKING: Het BrSubPc-monster is opgesteld volgens een eerder gepubliceerd werk36. De reactie wordt uitgevoerd in een vacuümleidingsysteem met dubbele rijen en het reactieproces wordt strikt gecontroleerd onder watervrije en zuurstofvrije omstandigheden.

  1. Voorbehandeling van grondstoffen
    1. Weeg 2 g o-dicyanobenzeen af, droog het in een vacuümoven gedurende 24 uur, haal het eruit en maal het vervolgens voorzichtig in een agaatmortel.
    2. Zet het opnieuw in een vacuümoven voor 1 week; Haal het er vervolgens uit en doe het in een exsiccator.
    3. Meet 50 ml o-dichloorbenzeen, voeg 1 g watervrij magnesiumsulfaat toe en roer het mengsel bij kamertemperatuur (RT) gedurende 24 uur op gemiddelde snelheid.
  2. Filter vervolgens de oplossing onder verminderde druk (-0,1-0,09 MPa), verzamel het filtraat en zet het opzij.
  3. Voeg voorbehandeld o-dicyanobenzeen (10 mmol, 1,28 g) toe aan een Schlenk-fles van 100 ml, evacueer het systeem met een tweerijige buisvacuümleidingapparaat en vul het systeem met stikstof. Injecteer vervolgens 50 ml voorbehandeld o-dichloorbenzeen onder magnetisch roeren bij 1.000 tpm gedurende 1 uur om o-dicyanobenzeen gelijkmatig te verspreiden.
  4. Doe de Schlenk-fles in een ijswaterbad, voeg vervolgens 1,3 ml boortribromide (BBr3) toe onder magnetisch roeren bij 1.000 tpm gedurende 120 minuten en observeer de kleur van het reactiesysteem veranderen in donkerbruin.
  5. Schakel vervolgens snel over naar een oliebad, verhoog de temperatuur tot 120 ° C reflux gedurende 10 uur en observeer de kleur van het reactiesysteem van donkerbruin naar helderpaars.
  6. Stop met verwarmen en koel af tot RT. Filter de oplossing onder verlaagde druk (-0,1-0,09 MPa) en verzamel de filterkoek, waarbij de paarse vaste stof op de cake het ruwe product is.
  7. Zet het verkregen BrSubPc ruwe product gedurende 20 uur in een vacuümoven. Verwijder en maal het product fijn. Extract vervolgens met 200 ml methanoloplossing in een Soxhlet-extractor totdat de oplossing kleurloos wordt.

2. Bereiding van de Rhombic dodecahedral Ag3PO4

OPMERKING: Rhombische dodecaëder Ag3PO4 werd bereid volgens de eerder gerapporteerde literatuur35.

  1. Bereiding van de reactieoplossing
    1. Voor NH 4NO 3-oplossing (0,05 M) met de naam Oplossing 1, los 6 g ammoniumnitraat (NH4NO3, 99%) op in 200 ml gedeïoniseerd water en behandel met ultrasone golven met een frequentie van 40 Khz, 300 W vermogen gedurende 5 minuten in één cyclus om het volledig op te lossen. Doe het vervolgens in een maatkolf van 500 ml om het volume te fixeren.
    2. Voor NaOH-oplossing (0,2 M) genaamd Oplossing 2, los 4 g natriumhydroxide (NaOH, 99%) op in 200 ml gedeïoniseerd water in een glazen bekerglas en soniceer gedurende 5 minuten bij 40 Khz-frequentie, 300 W vermogen in één cyclus om het volledig op te lossen. Doe het vervolgens in een maatkolf van 500 ml om het volume te fixeren.
    3. Voor AgNO 3-oplossing (0,05 M) genaamd Oplossing 3, los 4,25 g zilvernitraat (AgNO3, 99,8%) op in 200 ml gedeïoniseerd water in een glazen bekerglas en soniceer gedurende 5 minuten bij 40 Khz-frequentie, 300 W vermogen in één cyclus om het volledig op te lossen. Doe het vervolgens in een maatkolf van 500 ml om het volume te fixeren.
    4. Los voor deK 2 HPO 4-oplossing (0,1 M) met de naam Oplossing 4 11,41 g kaliumwaterstoffosfaat (K2HPO4, 99,5%) op in 400 ml gedeïoniseerd water in een glazen bekerglas en soniceer gedurende 5 minuten om het volledig op te lossen. Doe het vervolgens in een maatkolf van 500 ml om het volume te fixeren.
  2. Voeg 2526 ml gedeïoniseerd water toe aan een bekerglas en voeg vervolgens 180 ml NH 4 NO 3-oplossing (0,4M), 54 ml NaOH-oplossing (0,2 M) en 120 ml AgNO3-oplossing (0,05 M) achtereenvolgens toe aan het bekerglas.
  3. Roer de oplossing krachtig gedurende 10 minuten om het [Ag(NH3)2]+ complex te bereiden. Voeg ten slotte 120 ml K2HPO4-oplossing (0,1 M) toe aan het complex en roer gedurende 5 minuten. Nadat de kleur van de oplossing verandert van kleurloos naar lichtgeel, is het verkregen neerslag Ag3PO4 rhombische dodecaëdraal.
  4. Scheid het resulterende neerslag door centrifugatie bij 7155,5 x g gedurende 10 minuten bij RT en centrifugeer het vervolgens drie keer met 50 ml gedeïoniseerd water onder dezelfde omstandigheden. Bewaar de ruitvormige decaëder Ag3PO4 bij RT in een droge omgeving uit de buurt van licht.

3. Bereiding van BrSubPc/Ag 3PO4

OPMERKING: Vier verschillende samengestelde verhoudingen van BrSubPc tot Ag3PO4 werden voorbereid volgens de massaverhoudingen van 1:25, 1:50, 1:75 en 1:100.

  1. Los 5,77 mg BrSubPc op in 50 ml ethanol in een glazen bekerglas. Los de BrSubPc volledig op door ultrasoonapparaat op 40 Khz-frequentie, 300 W vermogen in één cyclus gedurende 30 minuten bij RT.
  2. Voeg vervolgens 144,25 mg Ag3PO4 toe aan de bovenstaande oplossing en soniceer met een frequentie van 40 kHz, 300 W vermogen in één cyclus gedurende 30 minuten bij RT.
  3. Roer de bovenstaande oplossing in een waterbad van 80 °C om volledige verdamping van de ethanol mogelijk te maken.
  4. Droog het resulterende bruingele poeder een nacht in een oven op 60 °C. Het bereide monster wordt aangeduid als BrSubPc/Ag3PO4 (1:25).
  5. Volg voor de andere samengestelde verhoudingsmonsters (1:50, 1:75 en 1:100) dezelfde bereidingsprocedure (stappen 3.1-3.4) als BrSubPc/Ag 3 PO 4(1:25), maar wijzig de hoeveelheid BrSubPc in respectievelijk 2,94 mg, 1,97 mg en 1,49 mg en de overeenkomstige hoeveelheid Ag3PO4 tot 147,0 mg, 147,75 mg en 149,0 mg.

4. Karakterisering van de monsters

  1. Voer röntgendiffractieanalyse uit van poedervormige materialen met behulp van een monochromatische Cu-Kα-lichtbron, λ = 0,15418 nm, werkend bij 30 kV en 15 mA.
  2. Gebruik Fouriertransformatie infraroodspectroscopie (FT-IR) om de structurele kenmerken van de voorbereide materialen te karakteriseren; Het meetgolflengtebereik is 500-4000 cm-1.
  3. Meet de absorptie-eigenschappen van de as-prepared materialen door middel van vaste ultraviolet-zichtbare (UV-vis) absorptiespectroscopie in het bereik van 200-800 nm.
  4. Bepaal de deeltjesgrootte, microstructuur en morfologie van de voorbereide monsters door elektronenmicroscopie te scannen op 5,00 KV versnellende spanning, InLens-detector, vergroting 500-13000, werkafstand 7,4-7,7 mm.
  5. Neem 5 ml van de reactieoplossing na 5 cycli en fixeer het volume op 10 ml met behulp van geconcentreerde HNO3. Verwerk de reactieoplossing met een inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectrometer (ICP-OES) met een pompsnelheid van 100 r/min, een vernevelaardebiet van 28,0 psi, hulpgas van 0,5 ml/min en een spoeltijd van het monster van 20 s.

5. Fotokatalytische activiteitstest

OPMERKING: De lichtbron is een xenonlamp van 300 W en een filter van 400 nm wordt gebruikt om ultraviolet licht van de lichtbron te verwijderen. De xenonlamp werd 15 cm boven de oplossing gemonteerd en de lichtintensiteit werd vastgesteld op 350 mW/cm2.

  1. Voor de testoplossing werd 10 mg tetracycline (TC) opgelost in 500 ml gedestilleerd water om een oplossing van 20 ppm te verkrijgen.
  2. Breng vervolgens 50 ml van de test-TC-oplossing over naar een glazen fotokatalytische reactor. Roer de oplossing grondig met een magneetroerder bij 1000 rpm en houd de temperatuur op 25 °C. Zet vervolgens de schakelaar van de luchtpomp aan en voeg de lucht toe aan de oplossing met een snelheid van 100 ml / min om de luchtverzadiging te behouden.
  3. Voeg 50 mg van de bereide fotokatalysator toe aan de testoplossing om een concentratie van 1 g/l te bereiken.
  4. Neem het eerste monster (3 ml) onmiddellijk met een glazen spuit. Na 30 minuten roeren in het donker, neem je het tweede monster en zet je de lichtbron aan.
  5. Neem na bestraling gedurende 5 minuten, 10 minuten, 15 minuten, 20 minuten en 30 minuten vloeibare monsters (3 ml). Filter alle geëxtraheerde monsters door een nylonmembraan van 0,22 μm om vaste deeltjes vóór de analyse te verwijderen. Bewaar de gefilterde monsters uit de buurt van licht in centrifugebuizen van 5 ml tot de analyse.
  6. Meet de concentratie van TC met een UV-Vis spectrofotometer bij 356 nm. Evalueer het fotokatalytische effect door de afbraaksnelheid; de specifieke berekeningsformule van de afbraaksnelheid is als volgt (Eq. (1)).
    Equation 1(1)
    Waarbij A0 de absorptie van het monster vóór verlichting is, is A de absorptie van het monster bij een verlichtingstijd van t min.
  7. Gebruik dezelfde experimentele procedures voor verschillende katalysatordoseringen, met startkatalysatorhoeveelheden als 30 mg, 40 mg, 50 mg, 60 mg en 70 mg.
  8. Voor experimenten met verschillende pH's past u de pH van de tetracycline-oplossing (50 ml, 20 mg / l) aan tussen 2,0 en 9,0 met 0,01 mol / l HCl en NaOH-oplossing. Gebruik BrSubPc/Ag3PO4 als katalysator met een katalysatordosering van 50 mg. Voor andere fotokatalytische experimentele procedures volgt u de eerder beschreven stappen 5.2-5.6.
  9. Onderzoek het effect van reactietemperatuur op de fotodegradatie van tetracycline door BrSubPc/Ag3PO4 als katalysator te gebruiken met een katalysatordosering van 50 mg en oplossing pH = 6; het temperatuurbereik is 10-50 °C. Andere fotokatalytische experimentele procedures zijn dezelfde als de eerder beschreven stappen 5.2-5.6.
  10. Onderzoek de effecten van verschillende anionen op de fotokatalytische prestaties van de katalysatoren door respectievelijk 5 mmol / L Na 2 SO4, 5 mmol / L Na2CO 3,5 mmol / L NaCl en 5 mmol / L NaNO3 tot 50 ml tetracycline-oplossing toe te voegen. Gebruik BrSubPc/Ag3PO4 als katalysator met een katalysatordosering van 50 mg en oplossing pH = 7. Andere fotokatalytische experimentele procedures zijn dezelfde als de eerder beschreven stappen 5.2-5.6.
  11. Na elke cyclus van fotokatalytische afbraakreactie, centrifugeer de gereageerde oplossing bij 7155,5 x g gedurende 10 minuten bij RT en centrifugeer deze vervolgens drie keer met 10 ml gedeïoniseerd water in dezelfde omstandigheden (3 x 10 ml). Droog de vaste stof gedurende 1 uur bij 120 °C. Voer vijf opeenvolgende fotodegradatie-experimenten uit met behulp van fotokatalysatoren die na elke stap werden teruggewonnen zonder verandering in de totale concentratie van de katalysator om de stabiliteit van de BrSubPc / Ag3PO4-fotokatalysator te evalueren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De rhombische dodecaëder Ag3PO4 werd met succes gesynthetiseerd met behulp van deze synthesemethode in de oplosmiddelfase. Dit wordt bevestigd door de SEM-beelden in figuur 1A,B. Volgens de SEM-analyse bleek de gemiddelde diameter van de rhombische dodecaëdrische structuur tussen 2-3 μm te liggen. De ongerepte BrSubPc microkristallen vertonen een grote onregelmatige vlokstructuur (figuur 1C). In het samengestelde monster behield het titaandioxide nog steeds de oorspronkelijke nanosfeerstructuur, maar er werd geen ftalocyanineplaatstructuur gevonden, wat betekent dat de ftalocyaninemoleculen uniform zelf geassembleerd waren op het titaniumdioxideoppervlak (figuur 1D). Zoals weergegeven in figuur 2A, vertonen alle monsters een karakteristieke piek op 20,9°, 29,7°, 33,3°, 36,6°, 42,5°, 47,8°, 52,7°, 55,0°, 57,3°, 61,6°, 65,8°, 69,9°, 71,9° en 73,8° die werden toegeschreven aan de (110), (200), (210), (211), (220), (310), (222), (320), (321), (400), (330), (420), (421) en (332) facetten van de lichaamsgecentreerde kubieke structuur van Ag3PO4 (JCPDS nr. 06-0505)21. Aan de andere kant vertoonden BrSubPc/Ag 3PO 4-monsters geen extra karakteristieke pieken van BrSubPc, voornamelijk vanwege de hoeveelheid BrSubPc die op het oppervlak van Ag 3 PO 4 werd belast en de intensiteit van de hoofddiffractiepiek van Ag3PO 4 afnam naarmate de hoeveelheid BrSubPc toenam. De FT-IR-spectra van de as-prepared monsters worden geanalyseerd zoals weergegeven in figuur 2B. Voor BrSubPC zijn de meer voorkomende karakteristieke pieken in het FT-IR-spectrum pieken bij 743 cm-1, 868 cm-1, 943 cm-1 en 1452 cm-1; dit kenmerk is de rek- en buigtrilling van de C-C- en C-N-bindingen van de benzeenringruggegraat. De zwakke piek op 624 cm-1 is de karakteristieke piek van het uitrekken van de B-Br-binding. De symmetrische en asymmetrische rektrillingen van P-O-P veroorzaakten dezelfde FT-IR-pieken bij respectievelijk 546 cm-1 en 931 cm-1 voor ongerepte Ag 3 PO 4 en BrSubPc/Ag3PO4. De ongerepte Ag3PO4 kan licht absorberen bij golflengten van minder dan 530 nm, en BrSubPc heeft twee karakteristieke pieken bij respectievelijk 310 nm en 570 nm (figuur 2C). Vergeleken met zuiver Ag 3 PO 4 vertoont het BrSubPc/Ag 3 PO 4 samengestelde monster eensignificant verhoogde absorptie in het zichtbare gebied, wat bevestigt dat de Ag3PO 4-deeltjes met succes worden bedekt door BrSubPc-microkristallen. Dit kan bewijzen dat de BrSubPc/Ag3PO4 composiet een veelbelovende zichtbaar-licht-geïnduceerde fotokatalysator is.

De fotokatalytische activiteit van de as-prepared materialen werd beoordeeld na de afbraak van het antibioticum TC in zuiver water onder gesimuleerde zichtbare lichtbestraling (λ > 400 nm). Zoals te zien is in figuur 3A, vertoonden de fotokatalytische prestaties van ongerept Ag3PO4 slechts 72,86% degradatie van TC na 0,5 h bestraling van zichtbaar licht. Er kan worden waargenomen dat alle samengestelde fotokatalysatoren een verhoogde afbraak van TC vertoonden wanneer BrSubPc supramoleculaire nanokristallen werden geladen op het oppervlak van Ag3PO4. In het bijzonder bereikte BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) 94,54% degradatie van TC na respectievelijk 0,5 uur zichtbare lichtverlichting. Een pseudo-eerste-orde reactiemodel (l−ln (C/C 0) = kt)28, waarbij k de schijnbare snelheidsconstante is, werd gebruikt om de kinetiek van fotodegradatie van TC door verschillende monsters te passen. Zoals weergegeven in figuur 3B, was de schijnbare snelheidsconstante van TC-afbraak door BrSubPc/Ag 3 PO 4(1:50) composieten 1,69 keer hoger dan die van de ongerepte Ag3PO4. De bovenstaande resultaten geven aan dat de fotokatalytische prestaties van Ag3 PO 4 aanzienlijk worden verbeterd wanneer Ag3PO4 wordt gecombineerd met BrSubPc supramoleculaire nanokristallen.

De fotostabiliteit en herbruikbaarheid van fotokatalysatoren zijn belangrijke factoren die van invloed zijn op hun praktische toepassingen, en recyclingdegradatie-experimenten werden uitgevoerd op de as-prepared ongerepte Ag 3 PO4 en BrSubPC / Ag3PO4 (1:50) composieten. Figuur 3C laat zien dat na vijf cycli van de geprepareerde katalysatoren het composiet nog steeds een hoge TC-verwijderingssnelheid van 77,5% vertoonde. De TC-verwijdering door ongerepte Ag3PO4 daalde echter van 72,86% naar 20,84%. Bovendien toonde XRD-analyse van de gefietste samengestelde BrSubPc/Ag3PO 4 (1:50)-monsters aan dat de XRD-pieken van de gecyclusde monsters niet veranderden in vergelijking met de XRD van de oorspronkelijke monsters (figuur 4), wat de goede stabiliteit van de samengestelde monsters in de fotokatalytische reactie bewees. De ICP-OES-testresultaten van de reactieoplossing na vijf cycli toonden aan dat de concentratie elementair zilver in de oplossing na de reactie van ongerept Ag 3PO 4 1,3 mg/l was, terwijl de concentratie elementair zilver in de oplossing na de reactie van het samengestelde monster van BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) 0,1 mg/l was (tabel 1 ). Dit geeft aan dat de fotokatalytische reactie van het samengestelde monster een betere stabiliteit heeft in vergelijking met die van ongerept Ag3PO4.

In het fotokatalytische proces heeft de hoeveelheid fotokatalysatordosering ook een belangrijke invloed op het fotokatalytische effect, te weinig dosering kan leiden tot een lagere lichtbenuttingsefficiëntie en een slecht fotokatalytisch effect, en te veel fotokatalysatordosering kan leiden tot hogere kosten en onrendabel. Te weinig hoeveelheid fotokatalysator kan leiden tot een lagere lichtbenuttingsefficiëntie en een slecht fotokatalytisch effect, terwijl te veel hoeveelheid fotokatalysator kan leiden tot hogere kosten en onrendabele behandeling van afvalwater. Daarom is het belangrijk om de optimale fotokatalysatordosering te bepalen. Zoals te zien is in figuur 5A, nam na 30 minuten donkere reactie de adsorptie en verwijdering van tetracycline toe naarmate de concentratie van de fotokatalysator in de reactieoplossing toenam (de dosering verhoogde) omdat de concentratie van tetracycline als adsorbens in de oplossing hetzelfde bleef, terwijl de concentratie van de fotokatalysator als adsorbens toenam, wat betekent dat het actieve punt op het oppervlak van het adsorbens in de oplossing ook toenam en de kans op botsingsadsorptie met het adsorbens toenam. Dit betekent dat de kans op botsende adsorptie met het adsorbaat toeneemt, wat resulteert in een afname van de concentratie van adsorbaat in de oplossing. De afbraaksnelheid van TC door fotokatalysatoren bij 0,6 g/l, 0,8 g/l, 1 g/l, 1,2 g/l en 1,4 g/l was respectievelijk 71,6%, 75,0%, 94,5%, 95,7% en 95,7% na 30 minuten lichtreactie. Wanneer de concentratie van de katalysator hoger was dan 1,0 g/l, kon de afbraaksnelheid van TC meer dan 90% bereiken in 30 minuten fotoreactie. Uit de bovenstaande analyse kan worden afgeleid dat wanneer de concentratie van fotokatalysator 1,4 g / L is, het beste verwijderingseffect van tetracycline wordt bereikt en het fotokatalytische effect niet sterk werd verbeterd in vergelijking met de katalysatorconcentratie van 1,0 g / L, terwijl de katalysatordosering 40% hoger was. Uit de analyse van de afbraakkinetische gegevens in figuur 5B blijkt ook dat 1,4 g/l en 1,2 g/l niet significant verschillen van 1,0 g/l. Vanuit economisch oogpunt is de optimale dosering van composietmateriaal 1,0 g / L.

Zoals te zien is in figuur 5C, is het effect van pH op de fotokatalytische afbraak van het composietmateriaal voor de verwijdering van TC relatief groot. De pH van de TC-waterige oplossing werd gedetecteerd als 6, wat de beste degradatie-efficiëntie liet zien. De fotokatalytische prestaties van de composieten waren licht verminderd in zure oplossingen, terwijl de TC-degradatie-efficiëntie meer verzwakt was in neutrale en alkalische oplossingen. De maximale kinetische gegevens voor afbraak TC zijn ook te zien in figuur 5D bij de pH van de oplossing = 6. In alkalische oplossingen met een hoge pH zal tetracycline in de oplossing aanwezig zijn in de vorm van TC-, die elektrostatische afstoting met de katalysator zal hebben, wat resulteert in een slechte afbraak van tetracycline. In zure oplossingen met een lage pH is tetracycline voornamelijk aanwezig in de oplossing als TC +, en H + zal concurreren met TC + in de oplossing die door de fotokatalysator moet worden geabsorbeerd, waardoor het TC + -contact met de fotokatalysator wordt geremd, waardoor de fotokatalytische activiteit in het systeem wordt verminderd.

In werkelijkheid bevat antibioticum afvalwater vaak ook enkele anionen (Cl-, SO4 2-, NO 3-, CO32-, enz.), En deze veel voorkomende anionen kunnen ook het fotokatalytische proces beïnvloeden. Zoals te zien is in figuur 5E, remde de toevoeging van SO42- de adsorptie van TC-moleculen op het katalysatoroppervlak tijdens de donkere reactiefase. Dit kan zijn omdat SO42-, als een negatief geladen anion, concurreert met de tetracyclinemoleculen voor de actieve plaats op het fotokatalysatoroppervlak, wat resulteert in een vermindering van het aantal tetracyclinemoleculen dat katalytische oxidatie kan ondergaan of de vorming van een sterk polaire omgeving dicht bij het fotokatalysatoroppervlak, waardoor de uitbreiding van tetracycline naar de actieve plaats van de fotokatalysatorwordt voorkomen 37 . Wanneer de lichtreactie gedurende 30 minuten werd uitgevoerd, was de TC-degradatiesnelheid in het systeem zonder het anion 94,5%, terwijl in het systeem met het Cl-, SO4 2-, NO 3- en CO 3 2-anion de TC-afbraaksnelheid respectievelijk 79,2%, 77,3%, 85% en 80,3% was. TC-degradatiekinetische gegevens weerspiegelen ook de remming van TC-degradatie door de toevoeging van alle anionen (figuur 5F). De toevoeging van alle anionen had een remmend effect op de fotokatalytische afbraak van TC, maar de TC-afbraaksnelheid werd niet overdreven beïnvloed.

De resultaten van het effect van temperatuur op de fotokatalytische afbraak van TC zijn weergegeven in figuur 5G. De afbraaksnelheden waren 35,3%, 70,6%, 94,5%, 96,5% en 98,0% voor 30 minuten fotoreactie bij respectievelijk 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C en 50 °C. De afbraaksnelheid van tetracycline nam geleidelijk toe met de temperatuurstijging. De degradatiekinetische gegevens voor TC uit figuur 5H laten ook zien dat temperatuur een groot effect heeft op de degradatie-efficiëntie. Tetracyclinemoleculen migreren sneller als gevolg van de stijgende temperatuur van de oplossing, waardoor ze gemakkelijker te adsorberen zijn wanneer ze in contact komen met het katalysatoroppervlak. Bovendien paren fotogenereerde elektron-gaten bij hogere temperaturen actiever, waardoor elektronen sneller kunnen binden aan geadsorbeerde zuurstof en gaten sneller hydroxylradicalen met -OH in water kunnen produceren, wat de vernietiging van tetracycline38 versnelt.

Figure 1
Figuur 1: SEM-beelden. (A,B) Ag3PO4. De linkerkant toont een afbeelding met een lage resolutie en de rechterkant biedt een vergroot beeld. (C) BrSubPc en (D) BrSubPc/Ag3PO4. Alle monsters werden gemeten in poedertoestand. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: XRD, FT-IR en UV-Vis spectra van de monsters. (A) XRD-patronen. Voor XRD-analyse was het scanbereik 10°-80° en de scansnelheid 8°/min. De verticaal geplaatste getallen onderaan geven het overeenkomstige kristalvlak aan. (B) FT-IR-spectrum. Alle monsters werden getest in de gedroogde poedertoestand. C) UV-visspectra van de monsters. Voor de meting werden vaste poeders gebruikt bij een bereik van 200-800 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: TC fotokatalytische afbraak. (A) TC fotokatalytische afbraak, de verticale coördinaat C 0 geeft de initiële absorptie van TC (0,664) aan, gemeten met behulp van een UV-vis spectrofotometer, en C geeft de absorptie van TC op elk bemonsteringspunt aan. (B) De schijnbare snelheidsconstanten k voor TC-fotodegradatie van Ag 3PO 4 en BrSubPc/Ag3PO4, berekend op basis van het pseudo-eerste-ordereactiemodel (l-ln(C/C0) = kt). (C) Cyclusexperiment van BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) voor TC-fotokatalytische afbraakreactie, de laatste reacties zijn allemaal gebaseerd op de monsters die na de vorige stap zijn verzameld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: XRD-patronen van BrSubPc/Ag3PO4. XRD-patronen van BrSubPc/Ag3PO4 (1:50) voor en na de fotokatalytische reactie bij een scanbereik van 10°-80° en een scansnelheid van 8°/min. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Onderzoek naar TC fotokatalytische afbraak onder invloed van verschillende factoren . (A) verschillende katalysatordoseringen, (C) verschillende pH, (E) verschillende anionen en (G) verschillende temperaturen. De schijnbare snelheidsconstanten k voor TC-fotodegradatie met behulp van (B) verschillende katalysatordoseringen, (D) verschillende pH, (F) verschillende anionen en (H) verschillende temperaturen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Monster Testelementen Elementair gehalte van het monster (mg/l)
Ag.3PO4 Ag 1.3
BrSubPc: Ag3PO4 (1:50) Ag 0.1

Tabel 1: ICP-OES-gegevens. Ag elementaire concentratiegegevens in de reactieoplossing na vijf testcycli met ICP-OES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In dit artikel presenteren we een complete methodologie voor het evalueren van de katalytische prestaties van fotokatalytische materialen, inclusief de voorbereiding van katalysatoren, het onderzoek naar factoren die van invloed zijn op fotokatalyse en de prestaties van katalysatorrecycling. Deze evaluatiemethode is universeel en toepasbaar op alle prestatie-evaluaties van fotokatalytisch materiaal.

Wat de materiaalbereidingsmethoden betreft, zijn er veel schema's gerapporteerd voor de bereiding van ruitvormige dodecaëder Ag3PO4 met behulp van verschillende precursoren21,22. De methode die we hebben gebruikt is relatief homogeen in termen van de vorm van de gesynthetiseerde Ag3PO4, het syntheseproces is eenvoudig, grote hoeveelheden kunnen worden gesynthetiseerd en er zijn minder factoren die het experimentele proces beïnvloeden. Opgemerkt moet worden dat ammoniumnitraat, een grondstof voor de synthese van Ag3PO4, een oxidatiemiddel is en onderhevig is aan explosieve ontbinding door gewelddadige impact of hitte, dus het moet worden opgeslagen en gebruikt om gewelddadige impact te voorkomen. Bij de synthese van de composieten werd BrSubPc eerst opgelost in voldoende hoeveelheid ethanoloplossing om de zwakke krachten tussen BrSubPc-moleculen (waterstofbinding, π−π interactie) te vernietigen, vervolgens werd Ag 3 PO 4 in een geschiktehoeveelheid toegevoegd en werd de ethanol verdampt door verhitting, waarbij de BrSubPc-moleculen zichzelf opnieuw assembleren op het Ag3PO4-oppervlak door intermoleculaire waterstofbinding en π−π interactie.

Het effect van verschillende katalysatorhoeveelheden, de pH van de oplossing, anionen in oplossing en reactietemperatuur op de fotokatalytische prestaties van de bereide materialen werd onderzocht. Het luchtdebiet, de intensiteit van de lichtbron en de afstand van de lichtbron tot de reactor moeten worden geregeld bij het uitvoeren van fotokatalytische reacties met verschillende beïnvloedende factoren. Bij het filteren van monsters met 0,22 μm nylonmembraan moet worden opgemerkt dat niet alle afbraakverontreinigingen geschikt zijn voor gebruik met 0,22 μm nylonmembraan, omdat sommige verontreinigingen inherent worden geblokkeerd door 0,22 μm nylonmembraan, in welk geval centrifugatie moet worden gebruikt om de katalysator van de reactieoplossing te scheiden. Daarom moet een nylonmembraan van 0,22 μm worden gebruikt om een eenvoudige oplossing van verontreinigingen zonder katalysator te filteren om de mogelijkheid uit te sluiten dat de verontreinigingen zelf kunnen worden geblokkeerd door het nylonmembraan van 0,22 μm.

Een katalysator kan alleen als een veelbelovende fotokatalysator worden beschouwd als deze volgens dit evaluatiesysteem goede katalytische prestaties vertoont en niet als slechts één beïnvloedende factor wordt bestudeerd zonder rekening te houden met omgevingsfactoren. Om de gezonde ontwikkeling van het gebied van fotokatalytische milieuzuivering te bevorderen, zijn wij bovendien van mening dat voor dezelfde verontreinigende stof dezelfde evaluatiecriteria moeten worden vastgesteld, bijvoorbeeld een uniforme TC-concentratie van 20 mg / L, een katalysatordosering van 1 g / L, een lichtintensiteit van 350 mW / cm2, een luchtdebiet van 100 ml / min en een temperatuur van 30 ° C moeten worden gebruikt voor TC-afbraak, zodat de beste katalysator voor het afbreken van dezelfde verontreinigende stof kan worden geselecteerd door verschillende literatuurrapporten te vergelijken.

De fotokatalytische prestaties van de fotokatalysator zijn uitgebreider dan die gerapporteerd in sommige artikelen 39,40,41, vooral in de fotokatalytische laboratoriumexperimenten om een stabiel zuurstofgehalte in het water te garanderen en rekening te houden met het thermische effect. De beperking van dit schema is dat het geen rekening houdt met het effect van de optische dikte van de reactor en de optische eigenschappen van de katalysator op de fotokatalytische prestaties, die beide belangrijk zijn bij het uitvoeren van opschalingslaboratoria42,43,44. Dit schema biedt een referentie voor het evalueren van de verwijdering van antibiotica-achtige moleculen uit water door fotokatalysatoren in het laboratorium en compenseert het gebrek aan uniforme criteria voor het evalueren van het fotokatalytische waterzuiveringsvermogen van fotokatalysatoren in het veld. Dit onderzoeksprotocol kan worden uitgebreid naar andere fotokatalytische velden, zoals fotokatalytische waterstofproductie en fotokatalytische kooldioxidereductie45,46. Het wordt aanbevolen dat elk veld een reeks strikte onderzoeksprotocolcriteria heeft voor het evalueren van de katalytische prestaties van katalysatoren, die zullen helpen bij het selecteren van de beste fotokatalysatoren voor vroege experimentele industriële toepassingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (21606180) en het Natural Science Basic Research Program van Shaanxi (Programma nr. 2019JM-589).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
300 W xenon lamp CeauLight CEL-HXF300
AgNO3 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 7783-99-5
Air Pump Samson Group Co. ACO-001
BBr3 Bailingwei Technology Co., Ltd. 10294-33-4
Constant temperature circulating water bath Beijing Changliu Scientific Instruments Co. HX-105
Dichloromethane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 75-09-2
Ethanol Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. 64-17-5
Fourier-transform infrared Bruker Vector002
Hexane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 110-54-3
HNO3 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 7697-37-2
ICP-OES Aglient 5110
K2HPO4 Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 16788-57-1
Magnesium Sulfate Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 10034-99-8
Methanol Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 67-56-1
NaOH Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd. 1310-73-2
NH4NO3 Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. 6484-52-2
o-dichlorobenzene Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. 95-50-1
o-dicyanobenzene Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd. 91-15-6
Scanning electron microscopy JEOL JSM-6390
Trichloromethane Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. 67-66-3
Ultraviolet-visible Spectrophotometer Shimadzu UV-3600
X-ray diffractometer Rigaku D/max-IIIA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chen, Q. S., Zhou, H. Q., Wang, G. C., Bi, G. H., Dong, F. Activating earth-abundant insulator BaSO4 for visible-light induced degradation of tetracycline. Applied Catalysis B: Environmental. 307, 121182 (2022).
  2. Liu, C. H., et al. Photo-Fenton degradation of tetracycline over Z-scheme Fe-g-C3N4/Bi2WO6 heterojunctions: Mechanism insight, degradation pathways and DFT calculation. Applied Catalysis B: Environmental. 310, 121326 (2022).
  3. Zhou, L. P., et al. Piezoelectric effect synergistically enhances the performance of Ti32-oxo-cluster/BaTiO3/CuS p-n heterojunction photocatalytic degradation of pollutants. Applied Catalysis B: Environmental. 291, 120019 (2021).
  4. Liu, S. Y., et al. Anchoring Fe3O4 nanoparticles on carbon nanotubes for microwave-induced catalytic degradation of antibiotics. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (35), 29467 (2018).
  5. Xue, J. J., Ma, S. S., Zhou, Y. M., Zhang, Z., He, M. Facile photochemical synthesis of Au/Pt/g-C3N4 with plasmon-enhanced photocatalytic activity for antibiotic degradation. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (18), 9630-9637 (2015).
  6. Chen, Y. X., Yin, R. L., Zeng, L. X., Guo, W. Q., Zhu, M. S. Insight into the effects of hydroxyl groups on the rates and pathways of tetracycline antibiotics degradation in the carbon black activated peroxydisulfate oxidation process. Journal of Hazardous Materials. 412 (15), 12525 (2021).
  7. Dong, C., Ji, J., Shen, B., Xing, M., Zhang, J. Enhancement of H2O2 decomposition by the co-catalytic effect of WS2 on the Fenton reaction for the synchronous reduction of Cr(VI) and remediation of phenol. Environmental Science & Technology. 52 (19), 11297-11308 (2018).
  8. Van Doorslaer, X., Demeestere, K., Heynderickx, P. M., Van Langenhove, H., Dewulf, J. UV-A and UV-C induced photolytic and photocatalytic degradation of aqueous ciprofloxacin and moxifloxacin: Reaction kinetics and role of adsorption. Applied Catalysis B: Environmental. 101 (3-4), 540-547 (2011).
  9. Shi, Y. J., et al. Sorption and biodegradation of tetracycline by nitrifying granules and the toxicity of tetracycline on granules. Journal of Hazardous Materials. 191 (1-3), 103-109 (2011).
  10. Guan, R., et al. Efficient degradation of tetracycline by heterogeneous cobalt oxide/cerium oxide composites mediated with persulfate. Separation and Purification Technology. 212, 223-232 (2019).
  11. Shao, S., Wu, X. Microbial degradation of tetracycline in the aquatic environment: a review. Critical Reviews in Biotechnology. 40 (7), 1010-1018 (2020).
  12. Wang, W., et al. High-performance two-dimensional montmorillonite supported-poly(acrylamide-co-acrylic acid) hydrogel for dye removal. Environmental Pollution. 257, 113574 (2020).
  13. Yang, B., et al. Interactions between the antibiotic tetracycline and humic acid: Examination of the binding sites, and effects of complexation on the oxidation of tetracycline. Water Research. 202, 117379 (2021).
  14. Lian, X. Y., et al. Construction of S-scheme Bi2WO6/g-C3N4 heterostructure nanosheets with enhanced visible-light photocatalytic degradation for ammonium dinitramide. Journal of Hazardous Materials. 412, 125217 (2021).
  15. Li, X., et al. Bimetallic FexMny catalysts derived from metal organic frameworks for efficient photocatalytic removal of quinolones without oxidant. Environmental Science-Nano. 8 (9), 2595-2606 (2021).
  16. Li, X., et al. Fabrication of ultrathin lily-like NiCo2O4 nanosheets via mooring NiCo bimetallic oxide on waste biomass-derived carbon for highly efficient removal of phenolic pollutants. Chemical Engineering Journal. 441, 136066 (2022).
  17. Makoto, E., et al. Charge carrier mapping for Z-scheme photocatalytic water-splitting sheet via categorization of microscopic time-resolved image sequences. Nature Communications. 12, 3716 (2021).
  18. Karim, A. F., Krishnan, S., Shriwastav, A. An overview of heterogeneous photocatalysis for the degradation of organic compounds: A special emphasis on photocorrosion and reusability. Journal of the Indian Chemical Society. 99 (6), 100480 (2022).
  19. Abdurahman, M. H., Abdullah, A. Z., Shoparwe, N. F. A comprehensive review on sonocatalytic, photocatalytic, and sonophotocatalytic processes for the degradation of antibiotics in water: Synergistic mechanism and degradation pathway. Chemical Engineering Journal. 413, 127412 (2021).
  20. Gao, Y., Wang, Q., Ji, Z. G., Li, A. M. Degradation of antibiotic pollutants by persulfate activated with various carbon materials. Chemical Engineering Journal. 429, 132387 (2022).
  21. Bi, Y. P., Ouyang, S. X., Umezawa, N., Cao, J. Y., Ye, J. H. Facet effect of single-crystalline Ag3PO4 sub-microcrystals on photocatalytic properties. Journal of the American Chemical Society. 133 (17), 6490-6492 (2011).
  22. Hasija, V., et al. A strategy to develop efficient Ag3PO4-based photocatalytic materials toward water splitting: Perspectives and challenges. ChemCatChem. 13 (13), 2965-2987 (2021).
  23. Zhou, L., et al. New insights into the efficient charge transfer of the modified-TiO2/Ag3PO4 composite for enhanced photocatalytic destruction of algal cells under visible light. Applied Catalysis B: Environmental. 302, 120868 (2022).
  24. He, G. W., et al. Facile controlled synthesis of Ag3PO4 with various morphologies for enhanced photocatalytic oxygen evolution from water splitting. RSC Advances. 9 (32), 18222-18231 (2019).
  25. Lee, Y. J., et al. Photocatalytic degradation of neonicotinoid insecticides using sulfate-doped Ag3PO4 with enhanced visible light activity. Chemical Engineering Journal. 402, 12618 (2020).
  26. Shi, W. L., et al. Three-dimensional Z-Scheme Ag3PO4/Co3(PO4)2@Ag heterojunction for improved visible-light photocatalytic degradation activity of tetracycline. Journal of Alloys and Compounds. 818, 152883 (2020).
  27. Shi, W. L., et al. Fabrication of ternary Ag3PO4/Co3(PO4)2/g-C3N4 heterostructure with following Type II and Z-Scheme dual pathways for enhanced visible-light photocatalytic activity. Journal of Hazardous Materials. 389, 12190 (2020).
  28. Wang, B., et al. A supramolecular H12SubPcB-OPhCOPh/TiO2 Z-scheme hybrid assembled via dimeric concave-ligand π-interaction for visible photocatalytic oxidation of tetracycline. Applied Catalysis B: Environmental. 298, 120550 (2021).
  29. Wang, B., et al. Novel axial substituted subphthalocyanine and its TiO2 photocatalyst for degradation of organic water pollutant under visible light. Optical Materials. 109, 110202 (2020).
  30. Wang, B., et al. Novel axial substituted subphthalocyanines and their TiO2 nanosupermolecular arrayss: Synthesis, structure, theoretical calculation and their photocatalytic properties. Materials Today Communication. 25, 101264 (2020).
  31. Li, Z., et al. Synthesis, characterization and optoelectronic property of axial-substituted subphthalocyanines. ChemistryOpen. 9 (10), 1001-1007 (2020).
  32. Li, Z., et al. Construction of novel trimeric π-interaction subphthalocyanine-sensitized titanium dioxide for highly efficient photocatalytic degradation of organic pollutants. Journal of Alloys and Compounds. 855, 157458 (2021).
  33. Wang, Y. F., et al. Efficient TiO2/SubPc photocatalyst for degradation of organic dyes under visible light. New Journal of Chemistry. 48, 21192-21200 (2020).
  34. Yang, L., et al. Novel axial substituted subphthalocyanine sensitized titanium dioxide H12SubPcB-OPh2OH/TiO2 photocatalyst: Synthesis, density functional theory calculation, and photocatalytic properties. Applied Organometallic Chemistry. 35 (8), 6270 (2021).
  35. Li, Z., et al. Fabrication of SubPc-Br/Ag3PO4 supermolecular arrayss with high-efficiency and stable photocatalytic performance. Journal of Photochemistry and Photobiology, A. Chemistry. 405, 112929 (2021).
  36. Zhang, B. B., et al. SubPc-Br/NiMoO4 supermolecular arrays as a high-performance supercapacitor electrode materials. Journal of Applied Electrochemistry. 50, 1007-1018 (2020).
  37. Yuan, X. X., et al. Preparation, characterization and photodegradation mechanism of 0D/2D Cu2O/BiOCl S-scheme heterojunction for efficient photodegradation of tetracycline. Separation and Purification Technology. 291, 120965 (2022).
  38. Dai, T. T., et al. Performance and mechanism of photocatalytic degradation of tetracycline by Z-scheme heterojunction of CdS@LDHs. Applied Clay Science. 212, 106210 (2021).
  39. Zhou, L. P., et al. Piezoelectric effect synergistically enhances the performance of Ti32-oxo-cluster/BaTiO3/CuS p-n heterojunction photocatalytic degradation of pollutants. Applied Catalysis B: Environmental. 291, 120019 (2021).
  40. Xue, J. J., Ma, S. S., Zhou, Y. M., Zhang, Z. W., He, M. Facile photochemical synthesis of Au/Pt/g-C3N4 with plasmon-enhanced photocatalytic activity for antibiotic degradation. ACS Applied Materials Interfaces. 7, 9630-9637 (2015).
  41. Ding, R., et al. Light-excited photoelectrons coupled with bio-photocatalysis enhanced the degradation efficiency of oxytetracycline. Water Research. 143, 589-598 (2018).
  42. Acosta-Herazoa, R., Ángel Mueses, M., Li Puma, G., Machuca-Martínez, F. Impact of photocatalyst optical properties on the efficiency of solar photocatalytic reactors rationalized by the concepts of initial rate of photon absorption (IRPA) dimensionless boundary layer of photon absorption and apparent optical thickness. Chemical Engineering Journal. 356, 839-884 (2019).
  43. Grčić, I., Li Puma, G. Six-flux absorption-scattering models for photocatalysis under wide-spectrum irradiation sources in annular and flat reactors using catalysts with different optical properties. Applied Catalysis B: Environmental. 211, 222-234 (2017).
  44. Diaz-Anguloa, J., et al. Enhancement of the oxidative removal of diclofenac and of the TiO2 rate of photon absorption in dye-sensitized solar pilot scale CPC photocatalytic reactors. Chemical Engineering Journal. 381, 12252 (2020).
  45. Meng, S. G., et al. Efficient photocatalytic H2 evolution, CO2 reduction and N2 fixation coupled with organic synthesis by cocatalyst and vacancies engineering. Applied Catalysis B: Environmental. 285, 119789 (2021).
  46. Yang, M., et al. Graphene aerogel-based NiAl-LDH/g-C3N4 with ultratight sheet-sheet heterojunction for excellent visible-light photocatalytic activity of CO2 reduction. Applied Catalysis B: Environmental. 306, 121065 (2022).

Tags

Milieuwetenschappen Fotokatalyse waterzuivering antibiotica Ag3PO4 experimentele methoden
Een complete methode voor het evalueren van de prestaties van fotokatalysatoren voor de afbraak van antibiotica bij milieusanering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, B., Zhang, X., Li, L., Ji, M., … More

Wang, B., Zhang, X., Li, L., Ji, M., Zheng, Z., Shi, C., Li, Z., Hao, H. A Complete Method for Evaluating the Performance of Photocatalysts for the Degradation of Antibiotics in Environmental Remediation. J. Vis. Exp. (188), e64478, doi:10.3791/64478 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter