Name: Kompletna metoda oceny wydajności fotokatalizatorów w degradacji antybiotyków w remediacji środowiska (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-06T14:10:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: Poznaj kompletną metodę oceny fotokatalizatorów do usuwania antybiotyków z wody przy użyciu kompozytów fosforanu srebra z ftalocyjaniną. Protokół umożliwia standaryzowaną i wszechstronną analizę wydajności katalitycznej w warunkach laboratoryjnych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (21606180), oraz Program Badań Podstawowych Nauk Przyrodniczych Shaanxi (Program nr 2019JM-589).

1. Przygotowanie BrSubPc
UWAGA: Próbka BrSubPc została przygotowana zgodnie z wcześniej opublikowaną pracą36. Reakcję przeprowadzono w systemie linii próżniowej z probówkami dwurzędowymi, a proces reakcji był ściśle kontrolowany w warunkach bezwodnych i beztlenowych.
<ol>
	<li>Obróbka wstępna surowców
	<ol>
		<li>Odważyć 2 g o-dicyjanobenzenu, suszyć go w piecu próżniowym przez 24 h, wyjąć, a następnie starannie rozetrzeć w moździerzu agatowym.</li>
		<li>Ponownie umieścić w piecu próżniowym na 1 tydzień, następnie wyjąć i umieścić w deskrykantorze.</li>
		<li>Odmierzyć 50 mL o-dichlorobenzenu, dodać 1 g bezwodnego siarczanu magnezu i mieszać mieszaninę w temperaturze pokojowej (RT) przez 24 h przy średniej prędkości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Następnie przefiltrować roztwór pod obniżonym ciśnieniem (-0,1-0,09 MPa), zebrać filtrat i odstawić go.</li>
	<li>Wprowadzić poddanym obróbce wstępnej o-dicyjanobenzen (10 mmol, 1,28 g) do kolby Schlenka o pojemności 100 mL, odessać powietrze z układu za pomocą dwudrzwiowej linii próżniowej i napełnić układ azotem. Następnie, wstrzyknąć 50 mL poddanego obróbce wstępnej o-dichlorobenzenu przy mieszaniu magnetycznym z prędkością 1 000 rpm przez 1 h, aby równomiernie rozproszyć o-dicyjanobenzen.</li>
	<li>Umieścić kolbę Schlenka w kąpieli lodowo-wodnej, następnie dodać 1,3 mL bromku boru (BBr3) przy mieszaniu magnetycznym z prędkością 1 000 rpm przez 120 min i obserwować zmianę koloru układu reakcyjnego na ciemnobrązowy.</li>
	<li>Następnie szybko przenieść do kąpieli olejowej, podnieść temperaturę do 120 °C i prowadzić ref luks przez 10 h, obserwując zmianę koloru układu reakcyjnego z ciemnobrązowego na jaskrawofioletowy.</li>
	<li>Przerwać ogrzewanie i schłodzić do RT. Przefiltrować roztwór pod obniżonym ciśnieniem (-0,1-0,09 MPa) i zebrać osad z filtra; fioletowa substancja stała na filtrze jest produktem surowym.</li>
	<li>Umieścić otrzymany surowy produkt BrSubPc w piecu próżniowym na 20 h. Wyjąć i drobno rozetrzeć produkt. Następnie ekstrahować 200 mL roztworem metanolu w ekstraktorze Soxhleta, aż roztwór stanie się bezbarwny.</li>
</ol>
2. Przygotowanie rombo-dodekaedrycznego Ag3PO4
UWAGA: Romboidalne dodekaedry Ag3PO4 zostały przygotowane zgodnie z wcześniej opisaną literaturą35.
<ol>
	<li>Przygotowanie roztworu reakcyjnego
	<ol>
		<li>W celu przygotowania roztworu NH4NO3 (0,05 M), zwanego Roztworem 1, rozpuścić 6 g azotanu amonu (NH4NO3, 99%) w 200 mL wody dejonizowanej i poddać działaniu fal ultradźwiękowych o częstotliwości 40 Khz i mocy 300 W przez 5 min w jednym cyklu do całkowitego rozpuszczenia. Następnie przelać roztwór do kolby miarowej o pojemności 500 mL w celu uzupełnienia objętości.</li>
		<li>W celu przygotowania roztworu NaOH (0,2 M), zwanego Roztworem 2, rozpuścić 4 g wodorotlenku sodu (NaOH, 99%) w 200 mL wody dejonizowanej w zlewce szklanej i sonikować przez 5 min przy częstotliwości 40 Khz i mocy 300 W w jednym cyklu do pełnego rozpuszczenia. Następnie przelać roztwór do kolby miarowej o pojemności 500 mL w celu uzupełnienia objętości.</li>
		<li>W celu przygotowania roztworu AgNO3 (0,05 M), zwanego Roztworem 3, rozpuścić 4,25 g azotanu srebra (AgNO3, 99,8%) w 200 mL wody dejonizowanej w zlewce szklanej i sonikować przez 5 min przy częstotliwości 40 Khz i mocy 300 W w jednym cyklu do pełnego rozpuszczenia. Następnie przelać roztwór do kolby miarowej o pojemności 500 mL w celu uzupełnienia objętości.</li>
		<li>W celu przygotowania roztworu K2HPO4 (0,1 M), zwanego Roztworem 4, rozpuścić 11,41 g wodorofosforanu potasu (K2HPO4, 99,5%) w 400 mL wody dejonizowanej w zlewce szklanej i sonikować przez 5 min do pełnego rozpuszczenia. Następnie przelać roztwór do kolby miarowej o pojemności 500 mL w celu uzupełnienia objętości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Do zlewki wlać 2526 mL wody dejonizowanej, a następnie dodawać sekwencyjnie 180 mL roztworu NH4NO3 (0,4 M), 54 mL roztworu NaOH (0,2 M) oraz 120 mL roztworu AgNO3 (0,05 M).</li>
	<li>Mieszać roztwór intensywnie przez 10 min w celu przygotowania kompleksu [Ag(NH3)2]+. Na koniec dodać 120 mL roztworu K2HPO4 (0,1 M) do kompleksu i mieszać przez 5 min. Po zmianie koloru roztworu z bezbarwnego na jasnożółty otrzymany osad stanowi rhombic dodecahedral Ag3PO4.</li>
	<li>Oddzielić otrzymany osad poprzez wirowanie przy 7155,5 x g przez 10 min w temperaturze pokojowej, a następnie przecentrygować go trzykrotnie z 50 mL wody dejonizowanej w tych samych warunkach. Przechowywać rhombic decahedral Ag3PO4 w temperaturze pokojowej, w suchym środowisku, osłoniętym od światła.</li>
</ol>
3. Przygotowanie BrSubPc/Ag 3PO4
UWAGA: Przygotowano cztery różne proporcje kompozytu BrSubPc do Ag3PO4 zgodnie z stosunkami masowymi 1:25, 1:50, 1:75 oraz 1:100.
<ol>
	<li>Rozpuścić 5,77 mg BrSubPc w 50 mL etanolu w zlewce szklanej. BrSubPc rozpuścić całkowicie poprzez sonikację przy częstotliwości 40 Khz i mocy 300 W w jednym cyklu przez 30 min w RT.</li>
	<li>Następnie dodać 144,25 mg Ag3PO4 do powyższego roztworu i poddać sonikacji przy częstotliwości 40 kHz i mocy 300 W w jednym cyklu przez 30 min w RT.</li>
	<li>Mieszać powyższy roztwór w kąpieli wodnej o temperaturze 80 °C, aby umożliwić całkowite odparowanie etanolu.</li>
	<li>Suszyć otrzymany brązowo-żółty proszek przez noc w piecu w temperaturze 60 °C. Przygotowaną próbkę nazwano BrSubPc/Ag3PO4 (1:25).</li>
	<li>W przypadku próbek o innych stosunkach kompozytowych (1:50, 1:75 i 1:100) zastosować tę samą procedurę przygotowania (kroki 3.1-3.4), co dla BrSubPc/Ag3PO4 (1:25), zmieniając ilość BrSubPc na 2,94 mg, 1,97 mg i 1,49 mg oraz odpowiadającą im ilość Ag3PO4 na odpowiednio 147,0 mg, 147,75 mg i 149,0 mg.</li>
</ol>
4. Charakterystyka próbek
<ol>
	<li>Przeprowadzić analizę dyfrakcyjną materiałów proszkowych przy użyciu monochromatycznego źródła promieniowania Cu-Kα, λ = 0.15418 nm, pracującego przy napięciu 30 kV i natężeniu 15 mA.</li>
	<li>Wykorzystać spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR) do charakterystyki cech strukturalnych otrzymanych materiałów; zakres długości fal pomiarowych wynosi 500-4000 cm-1.</li>
	<li>Zmierzyć właściwości absorpcyjne otrzymanych materiałów za pomocą spektroskopii absorpcyjnej UV-vis (ultrafiolet-widzialnej) w fazie stałej w zakresie 200-800 nm.</li>
	<li>Wyznaczyć wielkość cząstek, mikrostrukturę oraz morfologię przygotowanych próbek za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej przy napięciu przyspieszającym 5.00 KV, detektorze InLens, powiększeniu 500-13000 i odległości roboczej 7.4-7.7 mm.</li>
	<li>Pobrać 5 mL roztworu reakcyjnego po 5 cyklach i dopełnić objętość do 10 mL za pomocą stężonego HNO3. Przeanalizować roztwór reakcyjny za pomocą spektrometru emisji optycznej z indukcyjnie sprzężonym plazmą (ICP-OES) przy szybkości pompy 100 r/min, przepływie nebulizatora 28.0 psi, przepływie gazu pomocniczego 0.5 mL/min i czasie płukania próbki 20 s.</li>
</ol>
5. Test aktywności fotokatalitycznej
UWAGA: Źródłem światła jest lampa ksenonowa o mocy 300 W, a filtr 400 nm jest stosowany w celu usunięcia promieniowania ultrafioletowego ze źródła światła. Lampa ksenonowa została zamontowana 15 cm nad roztworem, a natężenie światła określono na 350 mW/cm2.
<ol>
	<li>W celu przygotowania roztworu testowego 10 mg tetracykliny (TC) rozpuszczono w 500 mL wody destylowanej, aby uzyskać roztwór o stężeniu 20 ppm.</li>
	<li>Następnie 50 mL testowego roztworu TC przeniesiono do szklanego reaktora fotokatalitycznego. Roztwór dokładnie wymieszano za pomocą mieszadła magnetycznego przy 1000 rpm, utrzymując temperaturę 25 °C. Następnie włączono pompę powietrzną i doprowadzono powietrze do roztworu z prędkością 100 mL/min w celu utrzymania nasycenia powietrzem.</li>
	<li>Do roztworu testowego dodano 50 mg przygotowanego fotokatalizatora, aby osiągnąć stężenie 1 g/L.</li>
	<li>Pierwszą próbkę (3 mL) pobrano natychmiast za pomocą szklanej strzykawki. Po mieszaniu przez 30 min w ciemności pobrano drugą próbkę i włączono źródło światła.</li>
	<li>Po naświetlaniu przez 5 min, 10 min, 15 min, 20 min i 30 min pobierano próbki cieczy (3 mL). Wszystkie pobrane próbki przefiltrowano przez membranę nylonową o rozmiarze oczek 0,22 µm w celu usunięcia cząstek stałych przed analizą. Przefiltrowane próbki przechowywano w probówkach wirówkowych o pojemności 5 mL, osłonięte od światła, do czasu przeprowadzenia analizy.</li>
	<li>Stężenie TC zmierzono za pomocą spektrofotometru UV-Vis przy 356 nm. Efekt fotokatalityczny oceniono na podstawie stopnia degradacji; szczegółowy wzór obliczeniowy stopnia degradacji przedstawia poniższe równanie (Równ. (1)). 
	<img alt="Wzór obliczania stopnia degradacji, \( \frac{A_0-A}{A_0} \times 100\% \), równanie matematyczne." src="/files/ftp_upload/64478/64478eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1">   (1) 
	Gdzie A0 to absorbancja próbki przed naświetlaniem, a A to absorbancja próbki w czasie naświetlania t min.</li>
	<li>Te same procedury eksperymentalne zastosowano dla różnych dawek katalizatora, przyjmując początkowe ilości katalizatora wynoszące 30 mg, 40 mg, 50 mg, 60 mg i 70 mg.</li>
	<li>W eksperymentach przy różnych wartościach pH dostrojono pH roztworu tetracykliny (50 mL, 20 mg/L) w zakresie od 2,0 do 9,0 za pomocą roztworów 0,01 mol/L HCl i NaOH. Jako katalizator zastosowano BrSubPc/Ag3PO4 w dawce 50 mg. W pozostałych procedurach eksperymentów fotokatalitycznych zastosowano kroki opisane wcześniej w punktach 5.2-5.6.</li>
	<li>Wpływ temperatury reakcji na fotodegradację tetracykliny zbadano, stosując BrSubPc/Ag3PO4 jako katalizator w dawce 50 mg przy pH roztworu = 6; zakres temperatur wynosił 10-50 °C. Pozostałe procedury eksperymentalne były zgodne z wcześniej opisanymi krokami 5.2-5.6.</li>
	<li>Wpływ różnych anionów na wydajność fotokatalityczną katalizatorów zbadano poprzez dodanie odpowiednio 5 mmol/L Na2SO4, 5 mmol/L Na2CO3, 5 mmol/L NaCl i 5 mmol/L NaNO3 do 50 mL roztworu tetracykliny. Jako katalizator zastosowano BrSubPc/Ag3PO4 w dawce 50 mg przy pH roztworu = 7. Pozostałe procedury eksperymentalne były zgodne z wcześniej opisanymi krokami 5.2-5.6.</li>
	<li>Po każdym cyklu reakcji fotodegradacji roztwór poddano wirowaniu przy 7155,5 x g przez 10 min w temperaturze pokojowej, a następnie trzykrotnie przepłukano go 10 mL wody dejonizowanej w tych samych warunkach (3 x 10 mL). Produkt stały suszono w temperaturze 120 °C przez 1 h. Przeprowadzono pięć kolejnych eksperymentów fotodegradacji z wykorzystaniem fotokatalizatorów odzyskanych po każdym etapie, bez zmiany całkowitego stężenia katalizatora, aby ocenić stabilność fotokatalizatora BrSubPc/Ag3PO4 .</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W niniejszym artykule przedstawiono kompletną metodologię oceny wydajności katalitycznej materiałów fotokatalitycznych, w tym przygotowanie katalizatorów, badanie czynników wpływających na fotokatalizę oraz wydajność recyklingu katalizatorów. Ta metoda oceny jest uniwersalna i ma zastosowanie do wszystkich ocen wydajności materiałów fotokatalitycznych.
Jeśli chodzi o metody przygotowania materiału, opisano wiele schematów otrzymywania rombowego dwunastościennego Ag3PO4 pr...

Tetracykliny (TCs) są powszechnie stosowanymi antybiotykami, które zapewniają skuteczną ochronę przed infekcjami bakteryjnymi i są szeroko stosowane w hodowli zwierząt, akwakulturze i zapobieganiu chorobom1,2. Są one szeroko rozpowszechnione w wodzie ze względu na ich nadmierne zużycie i niewłaściwe stosowanie w ostatnich dziesięcioleciach, a także odprowadzanie ścieków przemysłowych3. Spowodowało to poważne zanieczyszczenie środowiska i poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego; na przykład nadmierna obecność TC w środowisku wodnym może negatywnie wpływać na rozmieszczenie zbiorowisk drobnoustrojów i oporność bakterii, prowadząc do zachwiania równowagi ekologicznej, głównie ze względu na wysoce hydrofilowy i bioakumulację antybiotyków, a także pewien poziom bioaktywności i stabilności4,5,6. Ze względu na hiperstabilność TC w środowisku, trudno jest go rozłożyć w sposób naturalny; W związku z tym opracowano wiele metod, w tym zabiegi biologiczne, fizykochemiczne i chemiczne7,8,9. Zabiegi biologiczne są bardzo skuteczne i tanie10,11. Ponieważ jednak są toksyczne dla mikroorganizmów, nie rozkładają skutecznie i nie mineralizują cząsteczek antybiotyków w wodzie12. Chociaż metody fizykochemiczne mogą usunąć antybiotyki ze ścieków bezpośrednio i szybko, ta metoda tylko przekształca cząsteczki antybiotyku z fazy ciekłej w fazę stałą, nie powoduje ich całkowitej degradacji i jest zbyt kosztowna13.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod, fotokataliza półprzewodnikowa była szeroko stosowana do degradacji zanieczyszczeń w ostatnich dziesięcioleciach ze względu na jej efektywne właściwości degradacji katalitycznej14. Na przykład, niezawierający metali szlachetnych magnetyczny katalizator FexMny firmy Li et al. osiągnął skuteczne utlenianie fotokatalityczne różnych cząsteczek antybiotyków w wodzie bez użycia jakiegokolwiek utleniacza15. Yan i in. poinformowali o syntezie in situ liliopodobnych nanoarkuszy NiCo2O4 na węglu pochodzącym z biomasy odpadowej w celu osiągnięcia skutecznego fotokatalitycznego usuwania zanieczyszczeń fenolowych z wody16. Technologia opiera się na półprzewodnikowym katalizatorze wzbudzonym światłem w celu wygenerowania fotogenerowanych elektronów (e-) i (h+)17. Fotogenerowane e i h+ zostaną przekształcone w aniorodniki ponadtlenkowe (O2-) lub rodniki hydroksylowe (OH-) w reakcji z zaabsorbowanymiO2 iH2O, a te oksydacyjnie aktywne formy utleniają i rozkładają cząsteczki zanieczyszczeń organicznych w wodzie na CO2 i H2O i inne mniejsze cząsteczki organiczne 18,19,20. Nie ma jednak ujednoliconego standardu terenowego do oceny wydajności fotokatalizatora. Ocena wydajności fotokatalitycznej materiału powinna być badana pod kątem procesu przygotowania katalizatora, warunków środowiskowych dla optymalnej wydajności katalitycznej, wydajności recyklingu katalizatora itp. Ag3PO4, ze swoją wybitną zdolnością fotokatalityczną, wywołał poważne obawy w zakresie remediacji środowiska. Ten nowy fotokatalizator osiąga sprawność kwantową do 90% przy długościach fal większych niż 420 nm, czyli znacznie wyższą niż wcześniej podawane wartości21. Jednak silna fotokorozja i niezadowalająca szybkość separacji elektron-Ag3PO4 ograniczają jego szerokie zastosowanie22. W związku z tym podjęto różne próby przezwyciężenia tych wad, takie jak optymalizacja kształtu23, dopingowanie jonowe24 oraz Heterostructure building25,26,27. W tym artykule Ag3PO4 został zmodyfikowany przy użyciu kontroli morfologii oraz inżynierii heterozłączy. Najpierw rombowe dwunastościenne kryształy Ag3PO4 o wysokiej energii powierzchniowej otrzymano w drodze syntezy fazy rozpuszczalnikowej w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem otoczenia. Następnie, organiczna supramolekularna BrSubftalocyjanina (BrSubPc), która może działać zarówno jako akceptor elektronów, jak i donor elektronów, została samoorganizująca się na powierzchni fosforanu srebra metodą solwotermiczną28,29,30,31,32,33,34,35. Wydajność fotokatalityczna przygotowanych materiałów została oceniona poprzez zbadanie wpływu różnych czynników środowiskowych na wydajność fotokatalityczną przygotowanych próbek w celu degradacji śladowych ilości tetracykliny w wodzie. Niniejszy artykuł stanowi odniesienie do systematycznej oceny wydajności fotokatalitycznej materiałów, co ma znaczenie dla przyszłego rozwoju materiałów fotokatalitycznych do praktycznych zastosowań w remediacji środowiska.

<table><tbody><tr><td>Lampa ksenonowa o mocy 300 W</td><td>CeauLight</td><td>CEL-HXF300</td><td></td></tr><tr><td>AgNO3</td><td>Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd.</td><td>7783-99-5</td><td></td></tr><tr><td>Pompa powietrza</td><td>Samson Group Co.</td><td>ACO-001</td><td></td></tr><tr><td>BBr3</td><td>Bailingwei Technology Co., Ltd.</td><td>10294-33-4</td><td></td></tr><tr><td>Kąpiel z cyrkulacją wody o stałej temperaturze</td><td>Beijing Changliu Scientific Instruments Co.</td><td>HX-105</td><td></td></tr><tr><td>Dichlorometan</td><td>Tianjin Kemiou Odczynnik chemiczny Co., Ltd.</td><td>75-09-2</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd.</td><td>64-17-5</td><td></td></tr><tr><td>Transformacja Fouriera w podczerwieni</td><td>Bruker</td><td>Vector002</td><td></td></tr><tr><td>Heksan</td><td>Tianjin Kemiou Odczynnik chemiczny Co., Ltd.</td><td>110-54-3</td><td></td></tr><tr><td>HNO3</td><td>Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd.</td><td>7697-37-2</td><td></td></tr><tr><td>ICP-OES</td><td>Aglient</td><td>5110</td><td></td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Aladdin Reagent (Shanghai) Co., Ltd.</td><td>16788-57-1</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan magnezu</td><td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td><td>10034-99-8</td><td></td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Tianjin Kemiou Odczynnik chemiczny Co., Ltd.</td><td>67-56-1</td><td></td></tr><tr><td>Odczynnik NaOH</td><td>Aladdin (Shanghai) Co., Ltd.</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>NH4NO3</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.</td><td>6484-52-2</td><td></td></tr><tr><td>o-dichlorobenzen</td><td>Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd.</td><td>95-50-1</td><td></td></tr><tr><td>o-dicyanobenzen</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.</td><td>91-15-6</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowa mikroskopia elektronowa</td><td>JEOL</td><td>JSM-6390</td><td></td></tr><tr><td>Trichlorometan</td><td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td><td>67-66-3</td><td></td></tr><tr><td>Spektrofotometr ultrafioletowy w świetle widzialnym</td><td>Shimadzu</td><td>UV-3600</td><td></td></tr><tr><td>Dyfraktometr rentgenowski</td><td>Rigaku</td><td>D/max-IIIA</td><td></td></tr></tbody></table>

kompletna metoda oceny wydajności fotokatalizatorów w degradacji antybiotyków w remediacji środowiska

A Complete Method for Evaluating the Performance of Photocatalysts for the Degradation of Antibiotics in Environmental Remediation

Różne antybiotyki, takie jak tetracyklina, aureomycyna, amoksycylina i lewofloksacyna, znajdują się w dużych ilościach w wodach gruntowych i glebach, potencjalnie prowadząc do rozwoju opornych i wielolekoopornych bakterii, stanowiących zagrożenie dla ludzi, zwierząt i systemów środowiskowych. Technologia fotokatalityczna cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na szybkie i stabilne leczenie oraz bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej. Jednak większość badań oceniających wydajność katalizatorów półprzewodnikowych w fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń organicznych w wodzie jest obecnie niekompletna. W tym artykule zaprojektowano kompletny protokół eksperymentalny w celu kompleksowej oceny wydajności fotokatalitycznej katalizatorów półprzewodnikowych. W tym przypadku rombowy dwunastościenny fosforan srebra otrzymano prostą metodą syntezy fazy rozpuszczalnikowej w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym. Materiały heterozłączowe BrSubftalocyjanina/Ag3PO4 otrzymano metodą solwotermiczną. Wydajność katalityczną przygotowanych materiałów do degradacji tetracykliny oceniono, badając różne czynniki wpływające, takie jak dawka katalizatora, temperatura, pH i aniony pod ciśnieniem atmosferycznym przy użyciu lampy ksenonowej o mocy 300 W jako symulowanego źródła światła słonecznego i natężeniu światła 350 mW/cm2. W porównaniu z pierwszym cyklem, skonstruowany BrSubftalocyjanina/Ag3PO4 utrzymał 82,0% pierwotnej aktywności fotokatalitycznej po pięciu cyklach fotokatalitycznych, podczas gdy nieskazitelny Ag3PO4 utrzymał tylko 28,6%. Stabilność próbek fosforanu srebra została następnie przetestowana w pięciocyklowym eksperymencie. W artykule przedstawiono kompletny proces oceny wydajności katalitycznej katalizatorów półprzewodnikowych w laboratorium w celu opracowania katalizatorów półprzewodnikowych o potencjale zastosowań praktycznych.

Rombowy dodekaedr Ag3PO4 zostały pomyślnie zsyntetyzowane przy użyciu tej metody syntezy w fazie rozpuszczalnika. Potwierdzają to obrazy SEM przedstawione na Rysunek 1A,BWedług analizy SEM ustalono, że średnica struktur w kształcie dwunastościanu rombowego wynosi od 2-3 µmNieskażone mikrokryształy BrSubPc wykazują dużą, nieregularną strukturę płatkowatą (Rycina 1C). W próbce kompozytowej dwutlenek tytanu zachował pierwotną ...

Prezentowany tutaj jest protokół do zbadania uniwersalnego zestawu procedur eksperymentalnych do kompleksowej oceny laboratoryjnej fotokatalizatorów w dziedzinie oczyszczania środowiska, na przykładzie fotokatalitycznego usuwania antybiotykowych cząsteczek zanieczyszczeń organicznych z wody za pomocą uczulonych ftalocyjaniną kompozytów fosforanu srebra.

Kompletna metoda oceny wydajności fotokatalizatorów w degradacji antybiotyków w remediacji środowiska

Various antibiotics such as tetracycline, aureomycin, amoxicillin, and levofloxacin are found in large quantities in groundwater and soil systems, ...

W artykule przedstawiono kompletny proces oceny wydajności katalitycznej katalizatorów półprzewodnikowych w laboratorium w celu opracowania katalizatorów półprzewodnikowych o potencjale do zastosowań praktycznych. Zaletą tej techniki jest to, że wydajność fotokatalityczna katalizatorów półprzewodnikowych może być oceniana w laboratorium w bardziej kompleksowy sposób. Procedurę zademonstrują Bing Wang, doktorant z laboratorium Zhuo Li.Oraz XuXia Zhang, LeCheng Li, MengTing Ji, Zheng Zheng, ChuanHui Shi, mistrzowie z laboratorium Zhuo Li.To rozpoczną przygotowanie roztworu reakcyjnego, rozpuszczając sześć gramów azotanu amonu w 200 mililitrach wody dejonizowanej i potraktuj falami ultradźwiękowymi o częstotliwości 40 kiloherców, 300 watów mocy przez pięć minut w jednym cyklu, aby całkowicie się rozpuścić, a następnie umieść w 500-mililitrowej kolbie miarowej, aby ustalić objętość.Dodaj 2 526 mililitrów dejonizowanej wody do zlewki, a następnie dodaj kolejno 180 mililitrów roztworu azotanu amonu, 54 mililitry roztworu wodorotlenku sodu i 120 mililitrów roztworów azotanu srebra do zlewki. Mieszaj roztwór energicznie przez 10 minut, aby przygotować kompleks diaminowo-srebrny. Na koniec dodaj 120 mililitrów roztworu wodorofosforanu potasu do kompleksu i mieszaj przez pięć minut.Po zmianie barwy roztworu z bezbarwnej na jasnożółtą, otrzymanym osadem jest rombowy dwunastościenny fosforan srebra. Oddzielić powstały osad przez odwirowanie w temperaturze 7,155 punktu 5G przez 10 minut w temperaturze pokojowej. Następnie trzykrotnie odwirować z 50 mililitrami wody dejonizowanej w tych samych warunkach.Przechowuj rombowy dwunastościenny fosforan srebra w temperaturze pokojowej w suchym miejscu, z dala od światła. Rozpuścić 5,77 miligrama subftalocyjaniny bromu w 50 mililitrach etanolu w szklanej zlewce i całkowicie rozpuścić przez sonikację przy częstotliwości 40 kiloherców, mocy 300 watów w jednym cyklu przez 30 minut w temperaturze pokojowej. Następnie dodaj 144,25 miligramów fosforanu srebra do powyższego roztworu i sonikuj z częstotliwością 40 kiloherców, mocą 300 watów w jednym cyklu przez 30 minut w temperaturze pokojowej.Wymieszaj powyższy roztwór w łaźni wodnej o temperaturze 80 stopni Celsjusza, aby umożliwić całkowite odparowanie etanolu. Wysuszyć powstały brązowo-żółty proszek przez noc w piekarniku w temperaturze 60 stopni Celsjusza i nazwać przygotowaną próbkę bromem subftalocyjaninowym fosforanem srebra W roztworze testowym 10 miligramów tetracykliny rozpuszczono w 500 mililitrach wody destylowanej, aby uzyskać roztwór o stężeniu 20 PPM. Następnie przenieść 50 mililitrów testowanego roztworu tetracykliny do szklanego reaktora fotokatalitycznego.Dokładnie wymieszaj roztwór mieszadłem magnetycznym przy 1000 obr./min i utrzymuj temperaturę 25 stopni Celsjusza. Następnie włącz przełącznik pompy powietrza i dodaj powietrze do roztworu z szybkością 100 mililitrów na minutę, aby uzyskać nasycenie powietrza. Dodać 50 miligramów przygotowanego fotokatalizatora do roztworu badanego, aby osiągnąć stężenie jednego grama na litr.Pierwszą próbkę należy pobrać natychmiast za pomocą szklanej strzykawki. Po mieszaniu przez 30 minut w ciemności pobrać drugą próbkę i włączyć źródło światła Po napromieniowaniu w różnych odstępach czasu przefiltruj wszystkie wyekstrahowane próbki przez nylonową membranę o grubości 0,22 mikrometra, aby usunąć cząstki stałe przed analizą. Przefiltrowane próbki należy przechowywać z dala od światła w pięciomililitrowych probówkach wirówkowych do czasu analizy.Zmierz stężenie tetracykliny za pomocą spektrofotometru UV w zakresie widzialnym na głębokości 356 nanometrów i oceń efekt fotokatalityczny na podstawie szybkości degradacji, jak opisano w manuskrypcie. Z analizy SEM wynika, że średnia średnica rombowej struktury dwunastościennej wynosi od dwóch do trzech mikrometrów, podczas gdy mikrokryształy subftalocyjaniny bromu wykazują dużą nieregularną strukturę płatkową. Aktywność fotokatalityczna fosforanu srebra wykazała tylko 72,86%, podczas gdy fosforan srebra bromu subftalocyjaniny wykazał 94,54% degradacji tetracykliny po 30 minutach światła widzialnego do promieniowania.Szybkość degradacji stałej przez kompozyty była 1,69 razy wyższa niż w przypadku fosforanu srebra. Po pięciu cyklach kompozyt wykazał wysoką szybkość usuwania tetracykliny wynoszącą 77,5%Jednak zmniejszyła się ona z 72,86% do 20,84% przez fosforan srebra. Analiza XRD kompozytu wykazała, że piki cyklicznych próbek nie zmieniły się w porównaniu z próbkami oryginalnymi, co wskazuje na dobrą stabilność kompozytu.Degradacja fotokatalityczna pokazuje, że absorpcja i usuwanie tetracykliny zwiększały się wraz ze wzrostem stężenia fotokatalizatora w roztworze reakcyjnym. Wpływ pH na fotokatalityczną degradację materiału kompozytowego w celu usunięcia tetracykliny był nieznacznie zmniejszony w roztworach kwaśnych, podczas gdy bardziej osłabiony w roztworach obojętnych i zasadowych. Dodanie anionów miało hamujący wpływ na fotokatalityczną degradację tetracykliny, ale szybkość degradacji nie była nadmiernie zaburzona.Wpływ temperatury na degradację fotokatalityczną przez 30 minut pokazuje, że szybkość degradacji tetracykliny stopniowo wzrastała wraz ze wzrostem temperatury. Pamiętaj, aby podczas wykonywania eksperymentu fotokatalitycznego włączyć przełącznik wody obiegowej, aby kontrolować temperaturę na poziomie 25 stopni Celsjusza.

a-complete-method-for-evaluating-performance-photocatalysts-for

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Nanocząstki, takie jak półprzewodnikowe kropki kwantowe (QDs), mogą być wykorzystywane do tworzenia agentów fotoaktywowalnych w zastosowaniach przeciwdrobnoustrojowych lub przeciwnowotworowych. Niniejsza technika przedstawia sposób nadawania rozpuszczalności w wodzie kropkom kwantowym z tellurku kadmu (CdTe), ich sprzęganie z antybiotykiem oraz przeprowadzanie testu inhibicji bakteryjnej w oparciu o krzywe wzrostu i liczenie kolonii na płytkach.

Solubilizacja i biokoniugacja kropek kwantowych oraz analizy toksyczności bakteryjnej za pomocą krzywej wzrostu i metody przeliczania kolonii na płytkach

Opisano protokół określający skuteczność fotokatalizatorów w modelowaniu stężenia powietrza w pomieszczeniach (ppb) lotnych węglowych węgli organicznych, takich jak 2-propanol.

Analiza fotoutleniania 2-propanolu przy stężeniach na poziomie powietrza w pomieszczeniach przy użyciu spektrometrii asymetrycznej ruchliwości jonów

Przedstawiamy protokół do analizy nieukierunkowanej, wykorzystujący spektrometrię mas czasu przelotu jako doskonałe narzędzie do identyfikacji farmaceutyków w wodach. Demonstrujemy zastosowanie promieniowania UV do ich eliminacji. Przedstawiono analizę obejmującą napromienianie, izolację związków, identyfikację i modelowanie kinetyczne profili degradacji.

Identyfikacja farmaceutyków w środowisku wodnym za pomocą HPLC-ESI-Q-TOF-MS i eliminacja erytromycyny poprzez degradację indukowaną światłem

Ten artykuł opisuje syntetyczną metodę otrzymywania mikrosfer oksyjodku bizmutu, które są wysoce funkcjonalne do fotokatalitycznego usuwania zanieczyszczeń organicznych, takich jak cyprofloksacyna, w wodzie pod wpływem promieniowania UV-A/światłem widzialnym.

Łatwa syntetyczna metoda otrzymywania mikrosfer oksyjodku bizmutu wysoce funkcjonalnych w fotokatalitycznych procesach oczyszczania wody

Bezpośrednio włączyliśmy organiczny barwnik na bazie stylbenu do rdzenia kobaloksymu, aby wygenerować diadę fotosensybilizatora-katalizatora do fotokatalitycznej produkcji H2. Opracowaliśmy również prosty układ eksperymentalny do oceny produkcjiH2 sterowanej światłem przez montaże fotokatalityczne.

Opracowanie hybryd fotouczulacza i kobaloksymu do produkcjiH2 napędzanej energią słoneczną w wodnych warunkach tlenowych

Fluorescencyjnie oznaczone antybiotyki są potężnymi narzędziami, które mogą być używane do badania wielu aspektów oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. W artykule opisano przygotowanie antybiotyków znakowanych fluorescencyjnie i ich zastosowanie do badania antybiotykooporności bakterii. Sondy mogą być wykorzystywane do badania mechanizmów oporności bakterii (np. wypływu) za pomocą spektrofotometrii, cytometrii przepływowej i mikroskopii.

Wizualizacja oporności bakterii za pomocą fluorescencyjnych sond antybiotykowych

Tutaj prezentujemy protokół badania różnorodności biologicznej gleby w poszukiwaniu szczepów grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów. Najpierw izoluje się szczepy grzybów, które mogą rosnąć na kwasach humusowych lub lignocelulozie. Ich aktywność jest następnie testowana zarówno w testach enzymatycznych, jak i na zanieczyszczeniach, takich jak węglowodory i tworzywa sztuczne.

Izolacja i badania przesiewowe pod kątem różnorodności biologicznej gleby pod kątem grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów

Ten protokół opisuje prostą i ekonomiczną metodę oceny skuteczności potencjalnych fotosensybilizatorów w antybakteryjnej inaktywacji fotodynamicznej (aPDI), przy użyciu formatu 96-dołkowej płytki w połączeniu ze źródłem światła na panelu LED. Takie podejście umożliwia jednoczesne testowanie wielu warunków eksperymentalnych, w tym różnych stężeń, związków i szczepów bakterii.

Badania przesiewowe in vitro oparte na diodach LED do oceny fotoaktywowanych cząsteczek w inaktywacji fotodynamicznej bakterii

Biowęgiel to bogaty w węgiel materiał używany jako dodatek do gleby, który ma zdolność do zrównoważonej sekwestracji węgla, poprawy jakości substratu i sorpcji zanieczyszczeń. Protokół ten opisuje 17 metod analitycznych stosowanych do charakterystyki biowęgla, która jest wymagana przed wdrożeniem tych zmian na dużą skalę w środowisku.

Charakterystyka fizyczna, chemiczna i biologiczna sześciu biowęgla produkowanego do remediacji skażonych terenów

Test bioreporterowy całej komórki z Burkholderia sartisoli RP037-mChe został opracowany do wykrywania frakcji zanieczyszczenia organicznego (tj. fluoru) dostępnego do degradacji bakteryjnej po aktywnym transporcie przez grzybnię wypełniającą pory wypełnione powietrzem w systemie modelowym nienasyconym wodą.

Podejście bioreporterowe oparte na całej komórce do oceny transportu i biodostępności zanieczyszczeń organicznych w systemach nienasyconych wodą

Poznaj kompletną metodę oceny fotokatalizatorów do usuwania antybiotyków z wody przy użyciu kompozytów fosforanu srebra z ftalocyjaniną. Protokół umożliwia standaryzowaną i wszechstronną analizę wydajności katalitycznej w warunkach laboratoryjnych.

Kompletna metoda oceny wydajności fotokatalizatorów w degradacji antybiotyków w remediacji środowiska

Przeglądaj więcej filmów