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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Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (21606180) und dem Natural Science Basic Research Program of Shaanxi (Programm Nr. 2019JM-589) unterstützt.

1. Vorbereitung des BrSubPc
ANMERKUNG: Die BrSubPc-Probe wurde gemäß einer zuvor veröffentlichten Arbeit36 erstellt. Die Reaktion wird in einem zweireihigen Rohrvakuumleitungssystem durchgeführt, und der Reaktionsprozess wird unter wasser- und sauerstofffreien Bedingungen streng kontrolliert.
<ol><li>Vorbehandlung von Rohstoffen<ol><li>2 g o-Dicyanbenzol wiegen, 24 h im Vakuumofen trocknen, herausnehmen und dann vorsichtig in einem Achatmörser ma...

In diesem Artikel stellen wir eine vollständige Methodik zur Bewertung der katalytischen Leistung von photokatalytischen Materialien vor, einschließlich der Herstellung von Katalysatoren, der Untersuchung von Faktoren, die die Photokatalyse beeinflussen, und der Leistung des Katalysatorrecyclings. Diese Bewertungsmethode ist universell und auf alle photokatalytischen Materialleistungsbewertungen anwendbar.
In Bezug auf Materialaufbereitungsverfahren wurden viele Schemata für die Herstellung...

Tetracycline (TCs) sind gängige Antibiotika, die einen wirksamen Schutz vor bakteriellen Infektionen bieten und in der Tierhaltung, Aquakultur und Krankheitsprävention weit verbreitet sind 1,2. Sie sind aufgrund ihrer Überbeanspruchung und unsachgemäßen Anwendung in den letzten Jahrzehnten sowie der Einleitung von Industrieabwässern im Wasser weit verbreitet3. Dies hat zu einer schweren Umweltverschmutzung und ernsthaften Risiken für die menschliche Gesundheit geführt. Beispielsweise kann das übermäßige Vorhandensein von TCs in der wässrigen Umgebung die Verteilung der mikrobiellen Gemeinschaft und die bakterielle Resistenz negativ beeinflussen, was zu ökologischen Ungleichgewichten führt, die hauptsächlich auf die stark hydrophile und bioakkumulative Natur von Antibiotika sowie auf ein gewisses Maß an Bioaktivität und Stabilität zurückzuführensind 4,5,6 . Aufgrund der Hyperstabilität von TC in der Umwelt ist es schwierig, auf natürliche Weise abzubauen. Daher wurden viele Methoden entwickelt, einschließlich biologischer, physikalisch-chemischer und chemischer Behandlungen 7,8,9. Biologische Behandlungen sind hocheffizient und kostengünstig10,11. Da sie jedoch für Mikroorganismen toxisch sind, bauen sie Antibiotikamoleküle im Wasser nicht effektiv ab und mineralisierensie 12. Obwohl physikalisch-chemische Methoden Antibiotika direkt und schnell aus dem Abwasser entfernen können, wandelt diese Methode die Antibiotikamoleküle nur von der flüssigen in die feste Phase um, baut sie nicht vollständig ab und ist zu kostspielig13.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden wurde die Halbleiter-Photokatalyse in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer effizienten katalytischen Abbaueigenschaften in großem Umfang für den Abbau von Schadstoffen eingesetzt14. Zum Beispiel erreichte der edelmetallfreie magnetische FexMny-Katalysator von Li et al. eine effiziente photokatalytische Oxidation einer Vielzahl von antibiotischen Molekülen in Wasser ohne die Verwendung eines Oxidationsmittels15. Yan et al. berichteten über die In-situ-Synthese von lilienartigen NiCo2O4-Nanoblättern auf aus Biomasse gewonnenem Kohlenstoff, um eine effiziente photokatalytische Entfernung von phenolischen Schadstoffen aus Wasser zu erreichen16. Die Technologie beruht auf einem Halbleiterkatalysator, der durch Licht angeregt wird, um photogenerierte Elektronen (e-) und Löcher (h+) zu erzeugen17. Die photogenerierten e- und h+ werden durch Reaktion mit absorbiertem O2 und H2O in Superoxidanionenradikale (O2-) oder Hydroxylradikale (OH-) umgewandelt, und diese oxidativ aktiven Spezies oxidieren und zersetzen organische Schadstoffmoleküle in Wasser in CO2 und H2Ound andere kleinere organischeMoleküle18,19,20 . Es gibt jedoch keinen einheitlichen Feldstandard für die Leistungsbewertung von Photokatalysatoren. Die Bewertung der photokatalytischen Leistung eines Materials sollte in Bezug auf den Katalysatorherstellungsprozess, die Umgebungsbedingungen für eine optimale katalytische Leistung, die Katalysatorrecyclingleistung usw. untersucht werden. Ag3PO4 hat mit seiner herausragenden photokatalytischen Fähigkeit erhebliche Besorgnis bei der Umweltsanierung ausgelöst. Dieser neue Photokatalysator erreicht Quanteneffizienzen von bis zu 90 % bei Wellenlängen größer als 420 nm, was deutlich über den bisher berichteten Werten21 liegt. Die starke Photokorrosion und die unbefriedigende Elektronenloch-Trennrate von Ag3PO4 schränken jedoch seine breite Anwendungein 22. Daher wurden verschiedene Versuche unternommen, diese Nachteile zu überwinden, wie z. B. Formoptimierung23, Ionendotierung 24 und Heterostrukturbildung25,26,27. In dieser Arbeit wurde Ag3PO4 sowohl mit Hilfe der Morphologiekontrolle als auch des Heterojunction-Engineerings modifiziert. Zunächst wurden rhombisch dodekaedrischeAg3PO4-Kristalle mit hoher Oberflächenenergie durch Lösungsmittelphasensynthese bei Raumtemperatur unter Umgebungsdruck hergestellt. Dann wurde organisches supramolekulares BrSubphthalocyanin (BrSubPc), das sowohl als Elektronenakzeptor als auch als Elektronendonor fungieren kann, auf der Silberphosphatoberfläche durch die solvothermale Methode 28,29,30,31,32,33,34,35 selbst assembliert . Die photokatalytische Leistung der hergestellten Materialien wurde bewertet, indem der Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die photokatalytische Leistung der vorbereiteten Proben zum Abbau von Spuren von Tetracyclin in Wasser untersucht wurde. Diese Arbeit bietet eine Referenz für die systematische Bewertung der photokatalytischen Leistung der Materialien, die für die zukünftige Entwicklung photokatalytischer Materialien für praktische Anwendungen in der Umweltsanierung von Bedeutung ist.

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	<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

Verschiedene Antibiotika wie Tetracyclin, Aureomycin, Amoxicillin und Levofloxacin kommen in großen Mengen in Grundwasser- und Bodensystemen vor und können zur Entwicklung resistenter und multiresistenter Bakterien führen, die eine Bedrohung für Mensch, Tier und Umwelt darstellen. Die photokatalytische Technologie hat aufgrund ihrer schnellen und stabilen Aufbereitung und direkten Nutzung der Sonnenenergie großes Interesse geweckt. Die meisten Studien, die die Leistung von Halbleiterkatalysatoren für den photokatalytischen Abbau organischer Schadstoffe in Wasser bewerten, sind derzeit jedoch unvollständig. In diesem Artikel wird ein vollständiges experimentelles Protokoll entworfen, um die photokatalytische Leistung von Halbleiterkatalysatoren umfassend zu bewerten. Hierin wurde rhombisches dodekaedrisches Silberphosphat durch ein einfaches Lösungsmittelphasensyntheseverfahren bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck hergestellt. BrSubphthalocyanin/Ag3PO4 Heterojunction-Materialien wurden nach dem solvothermen Verfahren hergestellt. Die katalytische Leistung von vorbereiteten Materialien für den Abbau von Tetracyclin wurde bewertet, indem verschiedene Einflussfaktoren wie Katalysatordosierung, Temperatur, pH-Wert und Anionen bei Atmosphärendruck unter Verwendung einer 300-W-Xenonlampe als simulierte Solarlichtquelle und einer Lichtintensität von 350 mW/cm2 untersucht wurden. Im Vergleich zum ersten Zyklus behielt das konstruierte BrSubphthalocyanin/Ag3 PO 4 nach fünf photokatalytischen Zyklen 82,0 % der ursprünglichen photokatalytischen Aktivität bei, während das ursprüngliche Ag3PO4 nur 28,6 % beibehielt. Die Stabilität von Silberphosphatproben wurde durch ein Fünf-Zyklus-Experiment weiter getestet. Diese Arbeit bietet einen vollständigen Prozess zur Bewertung der katalytischen Leistung von Halbleiterkatalysatoren im Labor für die Entwicklung von Halbleiterkatalysatoren mit Potenzial für praktische Anwendungen.

Das rhombische Dodekaeder Ag3PO4 wurde erfolgreich unter Verwendung dieser Lösungsmittelphasensynthesemethode synthetisiert. Dies wird durch die in Abbildung 1A, B gezeigten REM-Bilder bestätigt. Nach der REM-Analyse wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Durchmesser der rhombischen Dodekaederstruktur zwischen 2-3 μm liegt. Die unverfälschten BrSubPc-Mikrokristalle weisen eine große unregelmäßige Flockenstruktur auf (...

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

Hier wird ein Protokoll vorgestellt, um eine universelle Reihe von experimentellen Verfahren für eine umfassende Laborbewertung von Photokatalysatoren im Bereich der Umweltreinigung am Beispiel der photokatalytischen Entfernung von antibiotischen organischen Schadstoffmolekülen aus Wasser durch Phthalocyanin-sensibilisierte Silberphosphat-Komposite zu untersuchen.

Eine vollständige Methode zur Bewertung der Leistung von Photokatalysatoren für den Abbau von Antibiotika in der Umweltsanierung

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

Dieser Artikel bietet einen vollständigen Prozess zur Bewertung der katalytischen Leistung von Halbleiterkatalysatoren im Labor, um Halbleiterkatalysatoren mit Potenzial für praktische Anwendungen zu entwickeln. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass die photokatalytische Leistung von Halbleiterkatalysatoren im Labor umfassender bewertet werden kann. Das Verfahren wird von Bing Wang, einem Doktoranden aus dem Labor von Zhuo Li, demonstriert.Und XuXia Zhang, LeCheng Li, MengTing Ji, Zheng Zheng, ChuanHui Shi, Masterstudenten aus dem Labor von Zhuo Li.To beginnen, die Reaktionslösung durch Auflösen von sechs Gramm Ammoniumnitrat in 200 Millilitern deionisiertem Wasser herstellen und mit Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 40 Kilohertz behandeln. 300 Watt Leistung für fünf Minuten in einem Zyklus, um es vollständig aufzulösen, dann in einen 500-Milliliter-Messkolben geben, um das Volumen zu fixieren.Geben Sie 2.526 Milliliter deionisiertes Wasser in ein Becherglas und geben Sie dann nacheinander 180 Milliliter Ammoniumnitratlösung, 54 Milliliter Natronlauge und 120 Milliliter Silbernitratlösungen in das Becherglas. Rühren Sie die Lösung 10 Minuten lang kräftig um, um den Diammin-Silber-One-Komplex zuzubereiten. Zum Schluss 120 Milliliter Kaliumhydrogenphosphatlösung in den Komplex geben und fünf Minuten rühren.Nachdem sich die Farbe der Lösung von farblos nach hellgelb geändert hat, ist der erhaltene Niederschlag Silberphosphat-Rauten-Dodekaeder. Trennen Sie den resultierenden Niederschlag durch Zentrifugation bei 7, 155 Punkt 5G für 10 Minuten bei Raumtemperatur. Anschließend dreimal mit 50 Millilitern deionisiertem Wasser unter den gleichen Bedingungen zentrifugieren.Lagern Sie das rhombische Dodekaedersilberphosphat bei Raumtemperatur in einer trockenen, lichtgeschützten Umgebung. 5,77 Milligramm Bromsubphthalocyanin werden in 50 Millilitern Ethanol in einem Glasbecher gelöst und durch Beschallung bei einer Frequenz von 40 Kilohertz 300 Watt Leistung in einem Zyklus für 30 Minuten bei Raumtemperatur vollständig gelöst. Fügen Sie dann 144,25 Milligramm Silberphosphat zu der obigen Lösung hinzu und beschallen Sie mit einer Frequenz von 40 Kilohertz, 300 Watt Leistung in einem Zyklus für 30 Minuten bei Raumtemperatur.Rühren Sie die obige Lösung in einem 80 Grad Celsius heißen Wasserbad, um eine vollständige Verdampfung des Ethanols zu ermöglichen. Trocknen Sie das resultierende bräunlich-gelbe Pulver über Nacht in einem Ofen bei 60 Grad Celsius und benennen Sie die vorbereitete Probe als Bromsubphthalocyanin-Silberphosphat Für die Testlösung wurden 10 Milligramm Tetracyclin in 500 Millilitern destilliertem Wasser gelöst, um eine 20 ppm-Lösung zu erhalten. Anschließend werden 50 Milliliter der Test-Tetracyclin-Lösung in einen photokatalytischen Glasreaktor überführt.Rühren Sie die Lösung gründlich mit einem magnetischen Rühren bei 1000 U / min um und halten Sie die Temperatur bei 25 Grad Celsius. Schalten Sie dann den Schalter der Luftpumpe ein und geben Sie die Luft mit einer Geschwindigkeit von 100 Millilitern pro Minute in die Lösung, um eine Luftsättigung zu erzielen. 50 Milligramm des vorbereiteten Photokatalysators werden in die Testlösung gegeben, um eine Konzentration von einem Gramm pro Liter zu erreichen.Die erste Probe sofort mit einer Glasspritze entnehmen. Nachdem Sie 30 Minuten im Dunkeln gerührt haben, nehmen Sie die zweite Probe und schalten Sie die Lichtquelle ein Filtern Sie nach einer Bestrahlung für verschiedene Zeitintervalle alle extrahierten Proben durch eine 0,22 Mikrometer große Nylonmembran, um feste Partikel vor der Analyse zu entfernen. Lagern Sie die gefilterten Proben bis zur Analyse lichtgeschützt in Fünf-Milliliter-Zentrifugenröhrchen.Messen Sie die Konzentration von Tetracyclin mit einem UV-sichtbaren Spektralphotometer bei 356 Nanometern und bewerten Sie den photokatalytischen Effekt anhand der im Manuskript beschriebenen Abbaurate. Die REM-Analyse zeigt, dass der durchschnittliche Durchmesser der rhombischen Dodekaederstruktur zwischen zwei und drei Mikrometern liegt, während Brom-Subphthalocyanin-Mikrokristalle eine große unregelmäßige Flockenstruktur aufweisen. Die photokatalytische Aktivität von Silberphosphat zeigte nur 72,86 %, während Bromsubphthalocyanin-Silberphosphat nach 30 Minuten sichtbarem Licht gegen Strahlung einen Abbau von 94,54 % von Tetracyclin zeigte.Die konstante Abbaurate von Verbundwerkstoffen war 1,69-mal höher als die des Silberphosphats. Nach fünf Zyklen zeigte das Komposit eine hohe Tetracyclin-Entfernungsrate von 77,5 %, die jedoch von 72,86 % auf 20,84 % durch Silberphosphat abnahm. Die XRD-Analyse des Komposits zeigte, dass sich die Peaks der zyklischen Proben im Vergleich zu den ursprünglichen Proben nicht veränderten, was auf eine gute Stabilität des Komposits hinweist.Der photokatalytische Abbau zeigt, dass die Absorption und Entfernung von Tetracyclin mit zunehmender Photokatalysatorkonzentration in der Reaktionslösung zunahm. Der Einfluss des pH-Werts auf den photokatalytischen Abbau des Verbundmaterials zur Entfernung von Tetracyclin war in sauren Lösungen leicht reduziert, während er in neutralen und alkalischen Lösungen stärker abgeschwächt wurde. Die Zugabe von Anionen hatte eine hemmende Wirkung auf den photokatalytischen Abbau von Tetracyclin, aber die Abbaurate wurde nicht übermäßig beeinflusst.Der Einfluss der Temperatur auf den photokatalytischen Abbau für 30 Minuten zeigt, dass die Abbaurate von Tetracyclin mit dem Temperaturanstieg allmählich zunahm. Denken Sie daran, den Umwälzwasserschalter einzuschalten, um die Temperatur bei 25 Grad Celsius zu regeln, wenn Sie das photokatalytische Experiment durchführen.

Research

JoVE Journal

Environment

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Forschung

Umwelt

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

Ein Biegetest zur Bestimmung der Atterberg Ausrollgrenze in Böden

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

Ein Durchflussbelichtungssystem für die Bewertung Schwebstoffe Auswirkungen auf Leben im Wasser

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

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Ökotoxikologische Methode mit Meeresbakterien<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt; Zur Beurteilung der akuten Toxizität von Umweltschadstoffen

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Eine neue Methode für die Analyse von Pentosan in Jute Biomasse und deren Umwandlung in Zucker Monomere mit sauren ionischen Flüssigkeit

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Ein Loop-vermittelten isothermen Verstärkung (Lampe) Assay für schnelle Identifizierung von Tabak tabaci

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