Method Article

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

DOI:

10.3791/64478

⸱

October 6th, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Chemical Engineering, Northwest University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يظهر هنا بروتوكول لاستكشاف مجموعة عالمية من الإجراءات التجريبية للتقييم المختبري الشامل للمحفزات الضوئية في مجال تنقية البيئة ، باستخدام مثال الإزالة التحفيزية الضوئية لجزيئات الملوثات العضوية المضادة للمضادات الحيوية من الماء بواسطة مركبات فوسفات الفضة الحساسة للفثالوسيانين.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم العثور على المضادات الحيوية المختلفة مثل التتراسيكلين ، وأوريوميسين ، وأموكسيسيلين ، والليفوفلوكساسين بكميات كبيرة في أنظمة المياه الجوفية والتربة ، مما قد يؤدي إلى تطوير بكتيريا مقاومة ومقاومة للأدوية المتعددة ، مما يشكل تهديدا للإنسان والحيوان والأنظمة البيئية. جذبت تقنية التحفيز الضوئي اهتماما كبيرا بسبب معالجتها السريعة والمستقرة واستخدامها المباشر للطاقة الشمسية. ومع ذلك ، فإن معظم الدراسات التي تقيم أداء محفزات أشباه الموصلات للتحلل التحفيزي الضوئي للملوثات العضوية في الماء غير مكتملة حاليا. في هذا البحث ، تم تصميم بروتوكول تجريبي كامل لإجراء تقييم شامل لأداء التحفيز الضوئي لمحفزات أشباه الموصلات. هنا ، تم تحضير فوسفات الفضة ثنائي السطوح المعيني بطريقة تخليق طور المذيب البسيط في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي. تم تحضير مواد BrSubphthalocyanine / Ag3PO4 غير المتجانسة بطريقة الذوبان الحراري. تم تقييم الأداء التحفيزي للمواد المحضرة لتحلل التتراسيكلين من خلال دراسة العوامل المؤثرة المختلفة مثل جرعة المحفز ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة والأنيونات عند الضغط الجوي باستخدام مصباح زينون 300 واط كمصدر ضوء شمسي محاكاة وشدة ضوء 350 ميغاواط / سم2. بالمقارنة مع الدورة الأولى ، حافظ BrSubphthalocyanine / Ag 3 PO 4 على82.0٪ من نشاط التحفيز الضوئي الأصلي بعد خمس دورات تحفيز ضوئي ، بينما حافظ Ag3PO4 البكر على 28.6٪ فقط. تم اختبار استقرار عينات فوسفات الفضة بشكل أكبر من خلال تجربة من خمس دورات. توفر هذه الورقة عملية كاملة لتقييم الأداء التحفيزي لمحفزات أشباه الموصلات في المختبر لتطوير محفزات أشباه الموصلات مع إمكانية التطبيقات العملية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التتراسيكلين (TCs) هي مضادات حيوية شائعة توفر حماية فعالة ضد الالتهابات البكتيرية وتستخدم على نطاق واسع في تربية الحيوانات وتربية الأحياء المائية والوقاية من الأمراض1،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 والكيميائية7،8،9. العلاجات البيولوجية عالية الكفاءة ومنخفضةالتكلفة 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 FexMny 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 أخرى18،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 الذوبانالحراري 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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد BrSubPc

ملاحظة: تم تحضير عينة BrSubPc وفقا للعمل المنشورمسبقا 36. يتم إجراء التفاعل في نظام خط فراغ أنبوب مزدوج الصف ، ويتم التحكم في عملية التفاعل بشكل صارم في ظل ظروف خالية من الماء والأكسجين.

  1. المعالجة المسبقة للمواد الخام
    1. قم بوزن 2 غرام من o-dicyanobenzene ، وجففه في فرن مفرغ لمدة 24 ساعة ، ثم أخرجه ثم طحنه بعناية في ملاط العقيق.
    2. ضعه مرة أخرى في فرن مفرغ لمدة 1 أسبوع ؛ ثم أخرجها وضعها في مجفف.
    3. قم بقياس 50 مل من o-dichlorobenzene ، وأضف 1 جم من كبريتات المغنيسيوم اللامائية ، وحرك الخليط في درجة حرارة الغرفة (RT) لمدة 24 ساعة بسرعة متوسطة.
  2. بعد ذلك ، قم بتصفية المحلول تحت ضغط منخفض (-0.1-0.09 ميجا باسكال) ، واجمع المرشح وضعه جانبا.
  3. أضف o-dicyanobenzene المعالج مسبقا (10 مليمول ، 1.28 جم) إلى زجاجة Schlenk سعة 100 مل ، وقم بإخلاء النظام بجهاز خط تفريغ أنبوب مزدوج الصف ، واملأ النظام بالنيتروجين. بعد ذلك ، قم بحقن 50 مل من o-dichlorobenzene المعالج مسبقا تحت التحريك المغناطيسي عند 1000 دورة في الدقيقة لمدة 1 ساعة لتفريق o-dicyanobenzene بشكل موحد.
  4. ضع زجاجة Schlenk في حمام ماء مثلج ، ثم أضف 1.3 مل من ثلاثي بروميد البورون (BBr3) تحت التحريك المغناطيسي عند 1000 دورة في الدقيقة لمدة 120 دقيقة ، ولاحظ تغير لون نظام التفاعل إلى اللون البني الداكن.
  5. بعد ذلك ، قم بالتبديل بسرعة إلى حمام زيت ، وارفع درجة الحرارة إلى ارتداد 120 درجة مئوية لمدة 10 ساعات ، ولاحظ تغير لون نظام التفاعل من البني الداكن إلى الأرجواني الفاتح.
  6. توقف عن التسخين وتبرد إلى RT. قم بتصفية المحلول تحت ضغط منخفض (-0.1-0.09 ميجا باسكال) واجمع كعكة المرشح ، مع كون المادة الصلبة الأرجوانية على الكعكة هي المنتج الخام.
  7. ضع المنتج الخام BrSubPc الذي تم الحصول عليه في فرن مفرغ لمدة 20 ساعة. إزالة وطحن المنتج ناعما. بعد ذلك ، استخرج مع 200 مل من محلول الميثانول في مستخرج Soxhlet حتى يصبح المحلول عديم اللون.

2. تحضير الاثني عشر السطوح المعينية Ag3PO4

ملاحظة: تم تحضير المعينية ثنائية السطوح Ag3PO4 وفقا للأدبيات المبلغ عنهاسابقا 35.

  1. تحضير محلول التفاعل
    1. بالنسبة لمحلولNH 4 NO 3 (0.05 M) المسمى المحلول 1 ، قم بإذابة 6 جم من نترات الأمونيوم (NH4NO3 ، 99٪) في 200 مل من الماء منزوع الأيونات ، وعالجها بالموجات فوق الصوتية بتردد 40 كيلو هرتز ، وطاقة 300 واط لمدة 5 دقائق في دورة واحدة لإذابتها تماما. ثم ضعه في دورق حجمي سعة 500 مل لإصلاح الحجم.
    2. بالنسبة لمحلول NaOH (0.2 M) المسمى المحلول 2 ، قم بإذابة 4 جم من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH ، 99٪) في 200 مل من الماء منزوع الأيونات في دورق زجاجي ، وصوتنة لمدة 5 دقائق بتردد 40 كيلو هرتز ، وطاقة 300 واط في دورة واحدة لإذابته بالكامل. ثم ضعه في دورق حجمي سعة 500 مل لإصلاح الحجم.
    3. بالنسبة لمحلول AgNO 3 (0.05 M) المسمى المحلول 3 ، قم بإذابة 4.25 جم من نترات الفضة (AgNO3 ، 99.8٪) في 200 مل من الماء منزوع الأيونات في دورق زجاجي ، وصوتنة لمدة 5 دقائق بتردد 40 كيلو هرتز ، وطاقة 300 واط في دورة واحدة لإذابتها بالكامل. ثم ضعه في دورق حجمي سعة 500 مل لإصلاح الحجم.
    4. بالنسبة لمحلولK 2 HPO 4 (0.1 M) المسمى المحلول 4 ، قم بإذابة 11.41 جم من فوسفات هيدروجين البوتاسيوم (K2HPO4 ، 99.5٪) في 400 مل من الماء منزوع الأيونات في دورق زجاجي ، وقم بصوتنة لمدة 5 دقائق لإذابته بالكامل. ثم ضعه في دورق حجمي سعة 500 مل لإصلاح الحجم.
  2. أضف 2526 mL من الماء منزوع الأيونات إلى كأس زجاجية، ثم أضف 180 mL من محلول NH 4 NO 3 (0.4M)، و54 mL من محلول NaOH (0.2 M)، و120 mL من محلول AgNO3 (0.05 M) بالتتابع إلى الكأس الزجاجية.
  3. حرك المحلول بقوة لمدة 10 دقائق لتحضير مركب [Ag(NH3)2]+. أخيرا ، أضف 120 مل من محلول K2HPO4 (0.1 M) إلى المركب وحركه لمدة 5 دقائق. بعد أن يتغير لون المحلول من عديم اللون إلى الأصفر الفاتح ، فإن الراسب الذي تم الحصول عليه هو Ag3PO4 dodecahedral المعيني.
  4. افصل الراسب الناتج عن طريق الطرد المركزي عند 7155.5 × جم لمدة 10 دقائق في RT ثم قم بطرده ثلاث مرات باستخدام 50 مل من الماء منزوع الأيونات في نفس الظروف. قم بتخزين عشاري السطوح المعيني Ag3PO4 في RT في بيئة جافة بعيدا عن الضوء.

3. إعداد BrSubPc / Ag 3PO4

ملاحظة: تم تحضير أربع نسب مركبة مختلفة من BrSubPc إلى Ag3PO4 وفقا لنسب الكتلة 1:25 و 1:50 و 1:75 و 1:100.

  1. قم بإذابة 5.77 مجم من BrSubPc في 50 مل من الإيثانول في كأس زجاجية. قم بحل BrSubPc تماما عن طريق الصوتنة بتردد 40 كيلو هرتز ، وطاقة 300 واط في دورة واحدة لمدة 30 دقيقة في RT.
  2. ثم أضف 144.25 مجم من Ag3PO4 إلى المحلول أعلاه وصوتنة بتردد 40 كيلو هرتز وطاقة 300 واط في دورة واحدة لمدة 30 دقيقة في RT.
  3. حرك المحلول أعلاه في حمام مائي 80 درجة مئوية للسماح بالتبخر الكامل للإيثانول.
  4. جفف المسحوق الأصفر البني الناتج طوال الليل في فرن على حرارة 60 درجة مئوية. تسمى العينة المحضرة باسم BrSubPc / Ag3PO4 (1:25).
  5. بالنسبة لعينات النسبة المركبة الأخرى (1:50 و1:75 و1:100)، اتبع نفس إجراء التحضير (الخطوات 3.1-3.4) مثل BrSubPc/Ag 3 PO4 (1:25) ولكن قم بتغيير كمية BrSubPc إلى 2.94 مجم و1.97 مجم و1.49 مجم والكمية المقابلة من Ag3PO4 إلى 147.0 مجم و147.75 مجم و149.0 مجم على التوالي.

4. توصيف العينات

  1. إجراء تحليل حيود الأشعة السينية للمواد المسحوقة باستخدام مصدر ضوء Cu-Kα أحادي اللون ، λ = 0.15418 نانومتر ، يعمل عند 30 كيلو فولت و 15 مللي أمبير.
  2. استخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT-IR) لتوصيف السمات الهيكلية للمواد المعدة ؛ نطاق الطول الموجي للقياس هو 500-4000 سم -1.
  3. قياس خصائص امتصاص المواد المحضرة بواسطة مطيافية الامتصاص الصلبة المرئية للأشعة فوق البنفسجية (UV-vis) في حدود 200-800 نانومتر.
  4. تحديد حجم الجسيمات والبنية المجهرية والتشكل للعينات المحضرة عن طريق المسح المجهري الإلكتروني عند جهد متسارع 5.00 كيلو فولت ، كاشف InLens ، التكبير 500-13000 ، مسافة العمل 7.4-7.7 مم.
  5. خذ 5 مل من محلول التفاعل بعد 5 دورات ، وقم بتثبيت الحجم إلى 10 مل باستخدام HNO3 المركز. قم بهضم محلول التفاعل باستخدام مطياف انبعاث بلازما بصري مقترن بالحث (ICP-OES) بمعدل مضخة 100 دورة / دقيقة ، وتدفق البخاخات 28.0 رطل / بوصة مربعة ، وغاز إضافي 0.5 مل / دقيقة وزمن تدفق عينة يبلغ 20 ثانية.

5. اختبار النشاط التحفيزي الضوئي

ملاحظة: مصدر الضوء عبارة عن مصباح زينون 300 واط ، ويتم استخدام مرشح 400 نانومتر لإزالة الأشعة فوق البنفسجية من مصدر الضوء. تم تركيب مصباح الزينون على ارتفاع 15 سم فوق المحلول ، وتم تحديد شدة الضوء لتكون 350 ميجاوات / سم2.

  1. بالنسبة لمحلول الاختبار ، تم إذابة 10 ملغ من التتراسيكلين (TC) في 500 مل من الماء المقطر للحصول على محلول 20 جزء في المليون.
  2. بعد ذلك ، انقل 50 مل من محلول اختبار TC إلى مفاعل زجاجي للتحفيز الضوئي. حرك المحلول جيدا باستخدام محرك مغناطيسي عند 1000 دورة في الدقيقة وحافظ على درجة الحرارة عند 25 درجة مئوية. بعد ذلك ، قم بتشغيل مفتاح مضخة الهواء وأضف الهواء إلى المحلول بمعدل 100 مل / دقيقة للحفاظ على تشبع الهواء.
  3. أضف 50 مجم من العامل الحفاز الضوئي المحضر إلى محلول الاختبار للوصول إلى تركيز 1 g/l.
  4. خذ العينة الأولى (3 مل) على الفور باستخدام حقنة زجاجية. بعد التقليب لمدة 30 دقيقة في الظلام ، خذ العينة الثانية وقم بتشغيل مصدر الضوء.
  5. بعد التشعيع لمدة 5 دقائق و 10 دقائق و 15 دقيقة و 20 دقيقة و 30 دقيقة ، خذ عينات سائلة (3 مل). قم بتصفية جميع العينات المستخرجة من خلال غشاء نايلون 0.22 ميكرومتر لإزالة الجسيمات الصلبة قبل التحليل. قم بتخزين العينات المفلترة بعيدا عن الضوء في أنابيب طرد مركزي سعة 5 مل حتى التحليل.
  6. قم بقياس تركيز TC باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية عند 356 نانومتر. تقييم تأثير التحفيز الضوئي من خلال معدل التحلل ؛ صيغة الحساب المحددة لمعدل التحلل هي كما يلي (مكافئ (1)).
    figure-protocol-1(1)
    حيث ، A0 هو امتصاص العينة قبل الإضاءة ، A هو امتصاص العينة في وقت الإضاءة t دقيقة.
  7. استخدم نفس الإجراءات التجريبية لجرعات مختلفة من المحفزات ، مع كميات محفزة أولية مثل 30 مجم و 40 مجم و 50 مجم و 60 مجم و 70 مجم.
  8. للتجارب ذات الأس الهيدروجيني المختلفة ، اضبط الرقم الهيدروجيني لمحلول التتراسيكلين (50 مل ، 20 مجم / لتر) بين 2.0 و 9.0 مع 0.01 مول / لتر حمض الهيدروكلوريك ومحلول هيدروكسيد الصوديوم. استخدم BrSubPc/Ag3PO4 كمحفز بجرعة محفزة 50 ملغ. بالنسبة للإجراءات التجريبية الأخرى للتحفيز الضوئي ، اتبع الخطوات الموضحة سابقا 5.2-5.6.
  9. دراسة تأثير درجة حرارة التفاعل على التحلل الضوئي للتتراسيكلين باستخدام BrSubPc/Ag3PO4 كعامل حفاز بجرعة محفزة مقدارها 50 ملغ ودرجة حموضة المحلول = 6؛ نطاق درجة الحرارة هو 10-50 °C. الإجراءات التجريبية التحفيزية الضوئية الأخرى هي نفسها الخطوات الموصوفة سابقا 5.2-5.6.
  10. دراسة تأثيرات الأنيونات المختلفة على الأداء المحفز الضوئي للمحفزات بإضافة 5 مليمول/لتر Na 2 SO4، 5 ملليمول/لتر Na2CO 3، 5 ملليمول/لتر كلوريدالصوديوم، و5 ملليمول/لتر NaNO3 إلى 50 mL من محلول التتراسيكلين، على التوالي. استخدم BrSubPc/Ag3PO4 كعامل حفاز بجرعة محفزة 50 مجم ودرجة حموضة المحلول = 7. الإجراءات التجريبية التحفيزية الضوئية الأخرى هي نفسها الخطوات الموصوفة سابقا 5.2-5.6.
  11. بعد كل دورة من تفاعل التحلل التحفيزي الضوئي ، يقوم جهاز الطرد المركزي بالمحلول المتفاعل عند 7155.5 × جم لمدة 10 دقائق في RT ، ثم يطرده ثلاث مرات مع 10 مل من الماء منزوع الأيونات في نفس الظروف (3 × 10 مل). جفف المادة الصلبة عند 120 درجة مئوية لمدة 1 ساعة. قم بإجراء خمس تجارب متتالية للتحلل الضوئي باستخدام محفزات ضوئية تم استردادها بعد كل خطوة دون تغيير في التركيز الكلي للمحفز لتقييم استقرار المحفز الضوئي BrSubPc / Ag3PO4 .

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تصنيع الاثنا عشري الوجوه المعيني Ag3PO4 بنجاح باستخدام طريقة تخليق طور المذيب هذه. هذا ما تؤكده صور SEM الموضحة في الشكل 1 أ ، ب. وفقا لتحليل SEM ، تم العثور على متوسط قطر الهيكل ثنائي السطوح المعيني بين 2-3 ميكرومتر. تظهر بلورات BrSubPc الدقيقة البكر بنية تقشر كبيرة غير منتظمة (الشكل 1C). في العينة المركبة ، لا يزال ثاني أكسيد التيتانيوم يحتفظ بهيكل الغلاف النانوي الأصلي ، ولكن لم يتم العثور على بنية صفيحة الفثالوسيانين...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه الورقة ، نقدم منهجية كاملة لتقييم الأداء التحفيزي للمواد المحفزة ضوئيا ، بما في ذلك تحضير المحفزات ، والتحقيق في العوامل التي تؤثر على التحفيز الضوئي ، وأداء إعادة تدوير المحفز. طريقة التقييم هذه عالمية وقابلة للتطبيق على جميع تقييمات أداء المواد المحفزة ضوئيا.

فيما يتعلق بطرق تحضير المواد ، تم الإبلاغ عن العديد من المخططات لإعداد الاثني عشر السطوح المعينية Ag3PO4 باستخدام سلائف مختلفة21,22. الطريقة التي اس...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (21606180) ، وبرنامج البحوث الأساسية للعلوم الطبيعية في شنشي (رقم البرنامج 2019JM-589).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
مصباح زينون 300 واطCeauLightCEL-HXF300
AgNO3< / sub>كاشف علاء الدين (شنغهاي) المحدودة7783-99-5
مضخة الهواءشركة مجموعة شمشونACO-001
BBr3Bailingwei Technology Co.، Ltd.10294-33-4
مائي دائري بدرجة حرارة ثابتةشركة Beijing Changliu Scientific Instruments Co.HX-105
ثنائي كلورو ميثانتيانجين كيميو الكاشف الكيميائي المحدودة75-09-2
الإيثانولتيانجين فويو غرامة الكيميائية المحدودة64-17-5
فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراءBrukerVector002
الهكسانتيانجين Kemiou الكاشف الكيميائي المحدودة110-54-3
HNO3Aladdin Reagent (Shanghai) Co.، Ltd.7697-37-2
ICP-OESAglient5110
K2HPO4Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd.16788-57-1
كبريتات المغنيسيومتيانجين كيميو الكاشف الكيميائي المحدودة10034-99-8
الميثانولتيانجين كيميو الكاشف الكيميائي المحدودة67-56-1
هيدروكسيد الصوديومكاشف علاء الدين (شنغهاي) المحدودة1310-73-2
NH4NO3Sinopharm Group Chemical Reagent Co.، Ltd.6484-52-2
o-dichlorobenzeneتيانجين Fuyu Fine Chemical Co.، Ltd.95-50-1
o-dicyanobenzeneSinopharm Group Chemical Reagent Co.، Ltd.91-15-6
المسح المجهري الإلكترونيJEOLJSM-6390
ثلاثي كلورو الميثانتيانجين كيميو الكاشف الكيميائي المحدودة67-66-3
مقياس الطيف الضوئي المرئي بالأشعة فوق البنفسجيةشيمادزوUV-3600
مقياس حيود الأشعة السينيةريجاكوD / max-IIIA
حمام

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Photocatalytic DegradationAntibiotic RemovalSemiconductor CatalystsSilver PhosphateEnvironmental RemediationTetracycline DegradationPhotocatalyst EvaluationUV Visible SpectrophotometryHeterojunction MaterialsReaction Parameters

Related Articles