Name: a complete method for evaluating the performance of photocatalysts for the degradation of antibiotics in environmental remediation
Uploaded: 2022-10-06T14:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Complete Method for Evaluating the Performance of Photocatalysts for the Degradation of Antibiotics in Environmental Remediation at JoVE.com

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).

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.
<ol><li>Voorbehandeling van grondstoffen<ol><li>Weeg 2 g o-dicyanobenzeen af, droog het in een vacuümoven gedurende 24 uur, haal het eruit en maal het vervolgens voorzic...

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 bereidi...

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>300 W xenon lamp</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>Air Pump</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>Constant temperature circulating water bath</td>
			<td>Beijing Changliu Scientific Instruments Co.</td>
			<td>HX-105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td>75-09-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd.</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fourier-transform infrared</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Vector002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexane</td>
			<td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent 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>Magnesium Sulfate</td>
			<td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td>10034-99-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Aladdin Reagent (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-dichlorobenzene</td>
			<td>Tianjin Fuyu Fine Chemical Co., Ltd.</td>
			<td>95-50-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>o-dicyanobenzene</td>
			<td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td>91-15-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscopy</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JSM-6390</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloromethane</td>
			<td>Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd.</td>
			<td>67-66-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraviolet-visible Spectrophotometer</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>UV-3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray diffractometer</td>
			<td>Rigaku</td>
			<td>D/max-IIIA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a complete method for evaluating the performance of photocatalysts for the degradation of antibiotics in environmental remediation

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.

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...

Watch this Scientific Journal Video about A Complete Method for Evaluating the Performance of Photocatalysts for the Degradation of Antibiotics in Environmental Remediation at JoVE.com

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

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.

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

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

Dit artikel biedt een compleet proces voor het evalueren van de katalytische prestaties van halfgeleiderkatalysatoren in het laboratorium om halfgeleiderkatalysatoren te ontwikkelen met potentieel voor praktische toepassingen. Het voordeel van deze techniek is dat de fotokatalytische prestaties van halfgeleiderkatalysatoren in het laboratorium uitgebreider kunnen worden geëvalueerd. Bing Wang, een promovendus van het laboratorium van Zhuo Li.En XuXia Zhang, LeCheng Li, MengTing Ji, Zheng Zheng, ChuanHui Shi, masterstudenten van het laboratorium van Zhuo Li.To beginnen, bereiden de reactieoplossing voor door zes gram ammoniumnitraat op te lossen in 200 milliliter gedeïoniseerd water en behandelen met ultrasone golven op 40 kilohertz-frequentie, 300 watt vermogen gedurende vijf minuten in één cyclus om het volledig op te lossen en vervolgens in een maatkolf van 500 milliliter te plaatsen om het volume te fixeren.Voeg 2, 526 milliliter gedeïoniseerd water toe aan een bekerglas en voeg vervolgens 180 milliliter ammoniumnitraatoplossing, 54 milliliter natriumhydroxideoplossing en 120 milliliter zilvernitraatoplossingen achtereenvolgens toe aan het bekerglas. Roer de oplossing krachtig gedurende 10 minuten om de diammine silver one complex te bereiden. Voeg ten slotte 120 milliliter kaliumwaterstoffosfaatoplossing toe aan het complex en roer gedurende vijf minuten.Nadat de kleur van de oplossing verandert van kleurloos naar lichtgeel, is het verkregen neerslag zilverfosfaat rhombische dodecaëdrale. Scheid het resulterende neerslag door centrifugatie op 7, 155 punt 5G gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur. Vervolgens driemaal centrifugeren met 50 milliliter gedeïoniseerd water in dezelfde omstandigheden.Bewaar het ruitvormige dodecaëdrische zilverfosfaat bij kamertemperatuur in een droge omgeving uit de buurt van licht. Opgeloste 5,77 milligram broomsubftalocyanine in 50 milliliter ethanol in een glazen bekerglas en los volledig op door ultrasoonapparaat bij 40 kilohertz frequentie 300 watt vermogen in één cyclus gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur. Voeg vervolgens 144,25 milligram zilverfosfaat toe aan de bovenstaande oplossing en soniceer met een frequentie van 40 kilohertz, 300 watt vermogen in één cyclus gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur.Roer de bovenstaande oplossing in een waterbad van 80 graden Celsius om volledige verdamping van de ethanol mogelijk te maken. Droog het resulterende bruingele poeder een nacht in een oven bij 60 graden Celsius en noem het bereide monster broomsubftalocyaninezilverfosfaat Voor de testoplossing werd 10 milligram tetracycline opgelost in 500 milliliter gedestilleerd water om een oplossing van 20 PPM te verkrijgen. Breng vervolgens 50 milliliter van de testtetracycline-oplossing over naar een glazen fotokatalytische reactor.Roer de oplossing grondig met een magnetische roer bij 1000 tpm en houd de temperatuur op 25 graden Celsius. Schakel vervolgens de schakelaar van de luchtpomp in en voeg de lucht toe aan de oplossing met een snelheid van 100 milliliter per minuut om luchtverzadiging te verkrijgen. Voeg 50 milligram van de bereide fotokatalysator toe aan de testoplossing om een concentratie van één gram per liter te bereiken.Neem het eerste monster onmiddellijk met een glazen spuit. Na 30 minuten roeren in het donker, neem het tweede monster en zet de lichtbron aan Na een bestraling gedurende verschillende tijdsintervallen, filter alle geëxtraheerde monsters door een nylonmembraan van 0,22 micrometer om vaste deeltjes vóór de analyse te verwijderen. Bewaar de gefilterde monsters uit de buurt van licht in centrifugebuizen van vijf milliliter tot de analyse.Meet de concentratie van tetracycline met een UV-zichtbare spectrofotometer op 356 nanometer en evalueer het fotokatalytische effect door de afbraaksnelheid zoals beschreven in het manuscript. De SEM-analyse toont aan dat de gemiddelde diameter van de rhombische dodecaëdrische structuur tussen de twee en drie micrometer bleek te liggen, terwijl broomsubftalocyanine microkristallen een grote onregelmatige vlokstructuur vertonen. De fotokatalytische activiteit van zilverfosfaat vertoonde slechts 72,86%, terwijl broomsubftalocyaninezilverfosfaat 94,54% afbraak van tetracycline vertoonde na 30 minuten zichtbaar licht voor straling.De afbraakconstante van composieten was 1,69 keer hoger dan die van het zilverfosfaat. Na vijf cycli vertoonde het composiet een hoge tetracyclineverwijderingssnelheid van 77,5% Het daalde echter van 72,86% naar 20,84% door zilverfosfaat. De XRD-analyse van het composiet toonde aan dat de pieken van de gecyclusde monsters niet veranderden in vergelijking met de oorspronkelijke monsters, wat wijst op een goede stabiliteit van het composiet.Fotokatalytische afbraak toont aan dat de absorptie en verwijdering van tetracycline toenam naarmate de fotokatalysatorconcentratie in de reactieoplossing toenam. Het effect van de pH op de fotokatalytische afbraak van het composietmateriaal om tetracycline te verwijderen was enigszins verminderd in zure oplossingen, terwijl het meer verzwakt was in neutrale en alkalische oplossingen. De toevoeging van anionen had een remmend effect op de fotokatalytische afbraak van tetracycline, maar de afbraaksnelheid werd niet overdreven beïnvloed.Het effect van temperatuur op fotokatalytische afbraak gedurende 30 minuten toont aan dat de afbraaksnelheid van tetracycline geleidelijk toenam met de temperatuurstijging. Vergeet niet om de circulerende waterschakelaar in te schakelen om de temperatuur op 25 graden Celsius te regelen bij het uitvoeren van het fotokatalytische experiment.

Research

JoVE Journal

Environment

Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites

Fysische, chemische en biologische karakterisering van Six Biochars Geproduceerd voor de sanering van verontreinigde locaties

The physical and chemical properties of biochar vary based on feedstock sources and production conditions, making it possible to engineer biochars with ...

A Whole Cell Bioreporter Approach to Assess Transport and Bioavailability of Organic Contaminants in Water Unsaturated Systems

A Whole Cell Bioreporter Aanpak Verkeer en biologische beschikbaarheid van organische stoffen te evalueren in Water Onverzadigde Systems

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

Een Buigen Test voor het bepalen van de Atterberg Plastic Limiet in bodems

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

A Flow-through Exposure System for Evaluating Suspended Sediments Effects on Aquatic Life

Een flow-through Exposure System voor het evalueren van sedimenten in suspensie Effecten op Aquatic Life

This paper describes the Fish Larvae and Egg Exposure System (FLEES). The flow-through exposure system is used to investigate the effects of suspended ...

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

Ecotoxicologische methode met mariene bacteriën<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt; De acute toxiciteit van milieuverontreinigende stoffen beoordelen

Bacteria are an important component of the ecosystem, and microbial community alterations can have a significant effect on biogeochemical cycling and food ...

Comparison of Scale in a Photosynthetic Reactor System for Algal Remediation of Wastewater

Vergelijking van de schaal in een Photosynthetic Reactor System for Algen sanering van afvalwater

An experimental methodology is presented to compare the performance of two different sized reactors designed for wastewater treatment. In this study, ...

Evaluating the Effect of Environmental Chemicals on Honey Bee Development from the Individual to Colony Level

Het evalueren van het effect van Environmental Chemicals over Honey Bee ontwikkeling van het individu naar Colony Level

The presence of pesticides in the beekeeping environment is one of the most serious problems that impacts the life of a honey bee. Pesticides can be ...

Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis

Extractie van organische chloride pesticiden uit plastic pellets en plastic type analyse

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment ...

A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid

Een nieuwe methode voor de analyse van de Pentosan aanwezig in Jute biomassa en de omzetting in suiker monomeren met zure Ionische vloeistof

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, ...

Experimental Protocol for Examining Behavioral Response Profiles in Larval Fish: Application to the Neuro-stimulant Caffeine

Experimentele Protocol voor de behandeling van de gedragsmatige reactie profielen in larvale vissen: toepassing op de Neuro-stimulerende cafeïne

Fish models and behaviors are increasingly used in the biomedical sciences; however, fish have long been the subject of ecological, physiological and ...