Name: a complete method for evaluating the performance of photocatalysts for the degradation of antibiotics in environmental remediation
Uploaded: 2022-10-06T14:10:00
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Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21606180) et le Programme de recherche fondamentale en sciences naturelles du Shaanxi (Programme n ° 2019JM-589).

1. Préparation du BrSubPc
NOTE: L’échantillon BrSubPc a été préparé selon un travail publié précédemment36. La réaction est réalisée dans un système de conduite à vide à double rangée de tubes et le processus de réaction est strictement contrôlé dans des conditions sans eau et sans oxygène.
<ol><li>Prétraitement des matières premières<ol><li>Peser 2 g d’o-dicyanobenzène, le sécher dans une étuve à vide pendant 24 h, le s...

Dans cet article, nous présentons une méthodologie complète pour évaluer la performance catalytique des matériaux photocatalytiques, y compris la préparation des catalyseurs, l’étude des facteurs affectant la photocatalyse et la performance du recyclage des catalyseurs. Cette méthode d’évaluation est universelle et applicable à toutes les évaluations de performance des matériaux photocatalytiques.
En ce qui concerne les méthodes de préparation du matériel, de nombreux schém...

Les tétracyclines (CT) sont des antibiotiques courants qui offrent une protection efficace contre les infections bactériennes et sont largement utilisés dans l’élevage, l’aquaculture et la prévention des maladies 1,2. Ils sont largement distribués dans l’eau en raison de leur surutilisation et de leur mauvaise application au cours des dernières décennies, ainsi que du rejet d’eaux usées industrielles3. Cela a entraîné une grave pollution de l’environnement et de graves risques pour la santé humaine; par exemple, la présence excessive de CT dans le milieu aqueux peut avoir une incidence négative sur la distribution de la communauté microbienne et la résistance bactérienne, entraînant des déséquilibres écologiques, principalement en raison de la nature hautement hydrophile et bioaccumulable des antibiotiques, ainsi que d’un certain niveau de bioactivité et de stabilité 4,5,6 . En raison de l’hyperstabilité du TC dans l’environnement, il est difficile de se décomposer naturellement; Par conséquent, de nombreuses méthodes ont été développées, y compris des traitements biologiques, physico-chimiques et chimiques 7,8,9. Les traitements biologiques sont très efficaces et peu coûteux10,11. Cependant, parce qu’ils sont toxiques pour les micro-organismes, ils ne dégradent pas et ne minéralisent pas efficacement les molécules antibiotiques dans l’eau12. Bien que les méthodes physico-chimiques puissent éliminer les antibiotiques des eaux usées directement et rapidement, cette méthode ne fait que convertir les molécules antibiotiques de la phase liquide à la phase solide, ne les dégrade pas complètement et est trop coûteuse13.
Contrairement aux méthodes conventionnelles, la photocatalyse à semi-conducteurs a été largement utilisée pour la dégradation des polluants au cours des dernières décennies en raison de ses propriétés de dégradation catalytiqueefficaces 14. Par exemple, le catalyseur magnétique sans métal noble FexMny de Li et al. a permis une oxydation photocatalytique efficace d’une variété de molécules antibiotiques dans l’eau sans utiliser d’oxydant15. Yan et al. ont rapporté la synthèse in situ de nanofeuilles de NiCo2O4 ressemblant à des lys sur du carbone dérivé de la biomasse résiduelle pour obtenir une élimination photocatalytique efficace des polluants phénoliques de l’eau16. La technologie repose sur un catalyseur semi-conducteur excité par la lumière pour générer des électrons (e-) et des trous (h+)17 photogénérés. Les radicaux anioniques superoxydes (O2-) ouhydroxyles (OH-) ou hydroxyles (OH-) absorbés seront convertis enradicaux anioniques superoxydes (O2-) ou hydroxyles (OH-) absorbés, et ces espèces oxydatives oxydées et décomposent les molécules de polluants organiques dans l’eau en CO2 et H2O et autres molécules organiques plus petites18,19,20 . Cependant, il n’existe pas de norme de terrain unifiée pour l’évaluation des performances des photocatalyseurs. L’évaluation de la performance photocatalytique d’un matériau doit être étudiée en termes de processus de préparation du catalyseur, de conditions environnementales pour une performance catalytique optimale, de performance de recyclage du catalyseur, etc. Ag3PO 4, avec sa capacité photocatalytique importante, a suscité de vives préoccupations en matière d’assainissement de l’environnement. Ce nouveau photocatalyseur atteint des rendements quantiques allant jusqu’à 90 % à des longueurs d’onde supérieures à 420 nm, ce qui est nettement supérieur aux valeurs précédemment rapportées21. Cependant, la photocorrosion sévère et le taux de séparation insatisfaisant des trous d’électrons de l’Ag3PO4 limitent sa large application22. Par conséquent, diverses tentatives ont été faites pour surmonter ces inconvénients, telles que l’optimisation de la forme23, le dopageionique 24 et la construction d’hétérostructures25,26,27. Dans cet article, Ag3PO4 a été modifié en utilisant le contrôle morphologique ainsi que l’ingénierie d’hétérojonction. Tout d’abord, des cristaux rhombiques dodécaédriques Ag3PO4 à haute énergie de surface ont été préparés par synthèse de phase solvant à température ambiante sous pression ambiante. Ensuite, la BrSubphtalocyanine supramoléculaire organique (BrSubPc), qui peut agir à la fois comme accepteur d’électrons et donneur d’électrons, a été auto-assemblée sur la surface du phosphate d’argent par la méthode solvothermique 28,29,30,31,32,33,34,35 . La performance photocatalytique des matériaux préparés a été évaluée en étudiant l’effet de différents facteurs environnementaux sur la performance photocatalytique des échantillons préparés pour dégrader des traces de tétracycline dans l’eau. Cet article fournit une référence pour l’évaluation systématique de la performance photocatalytique des matériaux, ce qui est important pour le développement futur de matériaux photocatalytiques pour des applications pratiques dans l’assainissement de l’environnement.

<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

Divers antibiotiques tels que la tétracycline, l’auréomycine, l’amoxicilline et la lévofloxacine se trouvent en grande quantité dans les eaux souterraines et les systèmes du sol, ce qui peut entraîner le développement de bactéries résistantes et multirésistantes, constituant une menace pour les humains, les animaux et les systèmes environnementaux. La technologie photocatalytique a suscité un vif intérêt en raison de son traitement rapide et stable et de l’utilisation directe de l’énergie solaire. Cependant, la plupart des études évaluant la performance des catalyseurs semi-conducteurs pour la dégradation photocatalytique des polluants organiques dans l’eau sont actuellement incomplètes. Dans cet article, un protocole expérimental complet est conçu pour évaluer de manière exhaustive les performances photocatalytiques des catalyseurs semi-conducteurs. Ici, le phosphate d’argent dodécaédrique rhombique a été préparé par une méthode simple de synthèse en phase solvant à température ambiante et pression atmosphérique. Les matériaux à hétérojonction BrSubphtalocyanine/Ag3PO4 ont été préparés par la méthode solvothermique. La performance catalytique des matériaux préparés pour la dégradation de la tétracycline a été évaluée en étudiant différents facteurs d’influence tels que le dosage du catalyseur, la température, le pH et les anions à pression atmosphérique en utilisant une lampe au xénon de 300 W comme source de lumière solaire simulée et une intensité lumineuse de 350 mW / cm2. Par rapport au premier cycle, la BrSubphtalocyanine/Ag 3 PO 4construite a maintenu 82,0 % de l’activité photocatalytique initiale après cinq cycles photocatalytiques, tandis que l’Ag3PO4 vierge n’a maintenu que 28,6 %. La stabilité des échantillons de phosphate d’argent a été testée par une expérience en cinq cycles. Cet article fournit un processus complet d’évaluation de la performance catalytique des catalyseurs semi-conducteurs en laboratoire pour le développement de catalyseurs semi-conducteurs ayant un potentiel d’applications pratiques.

Le dodécaèdre rhombique Ag3PO4 a été synthétisé avec succès en utilisant cette méthode de synthèse en phase solvant. Ceci est confirmé par les images MEB montrées à la figure 1A,B. Selon l’analyse SEM, le diamètre moyen de la structure dodécaédrique rhombique se situait entre 2 et 3 μm. Les microcristaux BrSubPc vierges présentent une grande structure en flocons irréguliers (Figure 1C). Dans l’échanti...

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

Un protocole visant à explorer un ensemble universel de procédures expérimentales pour une évaluation complète en laboratoire des photocatalyseurs dans le domaine de la purification de l’environnement, en utilisant l’exemple de l’élimination photocatalytique des molécules de polluants organiques antibiotiques de l’eau par des composites de phosphate d’argent sensibilisés aux phtalocyanines.

Méthode complète d’évaluation de la performance des photocatalyseurs pour la dégradation des antibiotiques dans l’assainissement de l’environnement

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

Cet article fournit un processus complet d’évaluation de la performance catalytique des catalyseurs semi-conducteurs en laboratoire afin de développer des catalyseurs semi-conducteurs ayant un potentiel d’applications pratiques. L’avantage de cette technique est que les performances photocatalytiques des catalyseurs semi-conducteurs peuvent être évaluées en laboratoire de manière plus complète. La démonstration de la procédure sera effectuée par Bing Wang, doctorant du laboratoire de Zhuo Li.Et XuXia Zhang, LeCheng Li, MengTing Ji, Zheng Zheng, ChuanHui Shi, étudiants en master du laboratoire de Zhuo Li.To commencer, préparer la solution réactionnelle en dissolvant six grammes de nitrate d’ammonium dans 200 millilitres d’eau désionisée et traiter avec des ondes ultrasonores à une fréquence de 40 kilohertz, Puissance de 300 watts pendant cinq minutes en un cycle pour le dissoudre complètement, puis le mettre dans une fiole jaugée de 500 millilitres pour fixer le volume.Ajouter 2 526 millilitres d’eau désionisée dans un bécher, puis ajouter 180 millilitres de solution de nitrate d’ammonium, 54 millilitres de solution d’hydroxyde de sodium et 120 millilitres de solutions de nitrate d’argent séquentiellement dans le bécher. Remuer vigoureusement la solution pendant 10 minutes pour préparer le complexe diammine argent. Enfin, ajoutez 120 millilitres de solution d’hydrogénophosphate de potassium au complexe et remuez pendant cinq minutes.Après que la couleur de la solution passe d’incolore à jaune clair, le précipité obtenu est le phosphate d’argent dodécaédrique rhombique. Séparer le précipité résultant par centrifugation à 7, 155 points 5G pendant 10 minutes à température ambiante. Par la suite, centrifuger trois fois avec 50 millilitres d’eau désionisée dans les mêmes conditions.Conservez le phosphate d’argent dodécaédrique rhombique à température ambiante dans un environnement sec à l’abri de la lumière. Dissous 5,77 milligrammes de brome subphtalocyanine dans 50 millilitres d’éthanol dans un bécher en verre et dissoudre complètement par sonication à une fréquence de 40 kilohertz 300 watts de puissance en un cycle pendant 30 minutes à température ambiante. Ajoutez ensuite 144,25 milligrammes de phosphate d’argent à la solution ci-dessus et sonicez à une fréquence de 40 kilohertz, une puissance de 300 watts en un cycle pendant 30 minutes à température ambiante.Incorporer la solution ci-dessus dans un bain-marie de 80 degrés Celsius pour permettre l’évaporation complète de l’éthanol. Sécher la poudre jaune brunâtre obtenue pendant la nuit dans une étuve à 60 degrés Celsius et nommer l’échantillon préparé comme du phosphate d’argent subphtalocyanine de brome Pour la solution d’essai, 10 milligrammes de tétracycline ont été dissous dans 500 millilitres d’eau distillée pour obtenir une solution à 20 PPM. Transférez ensuite 50 millilitres de la solution de tétracycline d’essai dans un réacteur photocatalytique en verre.Bien mélanger la solution avec un remue-ménage magnétique à 1000 tr / min et maintenir la température à 25 degrés Celsius. Allumez ensuite l’interrupteur de la pompe à air et ajoutez l’air à la solution à raison de 100 millilitres par minute pour obtenir une saturation en air. Ajouter 50 milligrammes du photocatalyseur préparé à la solution d’essai pour atteindre une concentration d’un gramme par litre.Prélevez immédiatement le premier échantillon à l’aide d’une seringue en verre. Après avoir agité pendant 30 minutes dans l’obscurité, prélever le deuxième échantillon et allumer la source lumineuse Après un rayonnement pendant différents intervalles de temps, filtrer tous les échantillons extraits à travers une membrane de nylon de 0,22 micromètre pour éliminer les particules solides avant l’analyse. Conservez les échantillons filtrés à l’abri de la lumière dans des tubes à centrifuger de cinq millilitres jusqu’à l’analyse.Mesurer la concentration de tétracycline avec un spectrophotomètre UV visible à 356 nanomètres et évaluer l’effet photocatalytique par le taux de dégradation décrit dans le manuscrit. L’analyse MEB montre que le diamètre moyen de la structure dodécaédrique rhombique s’est avéré compris entre deux et trois micromètres, tandis que les microcristaux de sous-phtalocyanine de brome présentent une grande structure irrégulière en flocons. L’activité photocatalytique du phosphate d’argent n’a montré que 72,86%, tandis que le phosphate d’argent sous-phtalocyanine de brome a démontré une dégradation de 94,54% de la tétracycline après 30 minutes de lumière visible en rayonnement.La constante de vitesse de dégradation par les composites était 1,69 fois supérieure à celle du phosphate d’argent. Après cinq cycles, le composite a montré un taux élevé d’élimination de la tétracycline de 77,5%Cependant, il a diminué de 72,86% à 20,84% par le phosphate d’argent. L’analyse XRD du composite a montré que les pics des échantillons cyclés ne changeaient pas par rapport aux échantillons originaux, ce qui indique une bonne stabilité du composite.La dégradation photocatalytique montre que l’absorption et l’élimination de la tétracycline ont augmenté à mesure que la concentration du photocatalyseur dans la solution réactionnelle augmentait. L’effet du pH sur la dégradation photocatalytique du matériau composite pour éliminer la tétracycline a été légèrement réduit dans les solutions acides tandis que plus atténué dans les solutions neutres et alcalines. L’ajout d’anions a eu un effet inhibiteur sur la dégradation photocatalytique de la tétracycline, mais le taux de dégradation n’a pas été trop affecté.L’effet de la température sur la dégradation photocatalytique pendant 30 minutes montre que le taux de dégradation de la tétracycline augmente progressivement avec l’augmentation de la température. N’oubliez pas d’activer l’interrupteur à eau en circulation pour contrôler la température à 25 degrés Celsius lors de l’expérience photocatalytique.

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