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

Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (21606180) och Shaanxis naturvetenskapliga grundforskningsprogram (programnummer 2019JM-589).

1. Beredning av BrSubPc
OBS: BrSubPC-provet bereddes enligt ett tidigare publicerat arbete36. Reaktionen utförs i ett dubbelradigt rörvakuumledningssystem, och reaktionsprocessen kontrolleras strikt under vattenfria och syrefria förhållanden.
<ol><li>Förbehandling av råvaror<ol><li>Väg upp 2 g o-dicyanobensen, torka den i en vakuumugn i 24 timmar, ta ut den och slipa den sedan försiktigt i en agatmortel.</li>
		<li>Lägg den igen i en vakuumug...

I detta dokument presenterar vi en komplett metod för att utvärdera katalytisk prestanda hos fotokatalytiska material, inklusive beredning av katalysatorer, undersökning av faktorer som påverkar fotokatalys och prestanda för katalysatoråtervinning. Denna utvärderingsmetod är universell och tillämplig på alla fotokatalytiska materialprestandautvärderingar.
När det gäller materialberedningsmetoder har många system rapporterats för framställning av rombisk dodekaedrisk Ag3</s...

Tetracykliner (TC) är vanliga antibiotika som ger effektivt skydd mot bakterieinfektioner och används ofta inom djurhållning, vattenbruk och förebyggande av sjukdomar 1,2. De distribueras i stor utsträckning i vatten på grund av deras överanvändning och felaktig tillämpning under de senaste decennierna, liksom utsläpp av industriellt avloppsvatten3. Detta har orsakat allvarliga miljöföroreningar och allvarliga risker för människors hälsa. till exempel kan överdriven förekomst av TC i vattenmiljön negativt påverka mikrobiell samhällsfördelning och bakterieresistens, vilket leder till ekologiska obalanser, främst på grund av antibiotikas mycket hydrofila och bioackumulerande natur, samt en viss nivå av bioaktivitet och stabilitet 4,5,6 . På grund av hyperstabiliteten hos TC i miljön är det svårt att bryta ner naturligt; Därför har många metoder utvecklats, inklusive biologiska, fysikalisk-kemiska och kemiska behandlingar 7,8,9. Biologiska behandlingar är mycket effektiva och billiga10,11. Men eftersom de är giftiga för mikroorganismer bryter de inte effektivt ned och mineraliserar antibiotikamolekyler i vatten12. Även om fysikalisk-kemiska metoder kan avlägsna antibiotika från avloppsvatten direkt och snabbt, omvandlar denna metod endast antibiotikamolekylerna från vätskefasen till den fasta fasen, bryter inte ner dem helt och är för kostsam13.
Till skillnad från konventionella metoder har halvledarfotokatalys använts i stor utsträckning för nedbrytning av föroreningar under de senaste decennierna på grund av dess effektiva katalytiska nedbrytningsegenskaper14. Till exempel uppnådde den ädelmetallfria magnetiska FexMny-katalysatorn av Li et al. effektiv fotokatalytisk oxidation av en mängd olika antibiotikamolekyler i vatten utan användning av någon oxidant15. Yan et al. rapporterade in situ-syntesen av liljeliknande NiCo2O4 nanoark på avfall biomassa-härledd kol för att uppnå effektivt fotokatalytiskt avlägsnande av fenoliska föroreningar från vatten16. Tekniken bygger på en halvledarkatalysator som exciteras av ljus för att generera fotogenererade elektroner (e-) och hål (h +)17. De fotogenererade e- och h+ kommer att omvandlas till superoxidanjonradikaler (O2-) eller hydroxylradikaler (OH-) genom att reagera med absorberade O2 ochH2O, och dessa oxidativt aktiva arter oxiderar och sönderdelar organiska föroreningsmolekyler i vatten till CO2 ochH2O och andra mindre organiska molekyler18,19,20 . Det finns dock ingen enhetlig fältstandard för utvärdering av fotokatalysatorprestanda. Utvärderingen av ett materials fotokatalytiska prestanda bör undersökas med avseende på katalysatorberedningsprocessen, miljöförhållanden för optimal katalytisk prestanda, katalysatoråtervinningsprestanda etc. Ag3PO 4, med sin framträdande fotokatalytiska förmåga, har utlöst betydande oro för miljösanering. Denna nya fotokatalysator uppnår kvanteffektivitet på upp till 90 % vid våglängder större än 420 nm, vilket är betydligt högre än tidigare rapporterade värden21. Den allvarliga fotokorrosionen och den otillfredsställande elektronhålsseparationshastigheten för Ag3PO4 begränsar emellertid dess breda tillämpning22. Därför har olika försök gjorts för att övervinna dessa nackdelar, såsom formoptimering23, jondopning 24 och heterostrukturbyggnad25,26,27. I detta dokument modifierades Ag3PO4 med hjälp av morfologikontroll samt heterojunction-teknik. Först framställdes rombiska dodekaedriska Ag3PO4-kristaller med hög ytenergi genom lösningsmedelsfassyntes vid rumstemperatur under omgivande tryck. Därefter monterades organiskt supramolekylärt BrSubphthalocyanine (BrSubPc), som kan fungera som både elektronacceptor och elektrondonator, på silverfosfatytan med den solvotermiska metoden 28,29,30,31,32,33,34,35 . De framställda materialens fotokatalytiska prestanda utvärderades genom att undersöka effekten av olika miljöfaktorer på de framställda provernas fotokatalytiska prestanda för att bryta ned spårmängder tetracyklin i vatten. Denna uppsats ger en referens för systematisk utvärdering av materialens fotokatalytiska prestanda, vilket är av betydelse för framtida utveckling av fotokatalytiska material för praktiska tillämpningar inom miljösanering.

<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

Olika antibiotika såsom tetracyklin, aureomycin, amoxicillin och levofloxacin finns i stora mängder i grundvatten och marksystem, vilket potentiellt leder till utveckling av resistenta och multiresistenta bakterier, vilket utgör ett hot mot människor, djur och miljösystem. Fotokatalytisk teknik har väckt stort intresse på grund av dess snabba och stabila behandling och direkta användning av solenergi. De flesta studier som utvärderar prestandan hos halvledarkatalysatorer för fotokatalytisk nedbrytning av organiska föroreningar i vatten är dock för närvarande ofullständiga. I detta dokument är ett komplett experimentellt protokoll utformat för att omfattande utvärdera den fotokatalytiska prestandan hos halvledarkatalysatorer. Häri framställdes rhombic dodecahedral silverfosfat med en enkel lösningsmedelsfassyntesmetod vid rumstemperatur och atmosfärstryck. BrSubftalocyanin/Ag3PO4 heterojunctionmaterial framställdes med den solvotermiska metoden. Den katalytiska prestandan hos beredda material för nedbrytning av tetracyklin utvärderades genom att studera olika påverkande faktorer såsom katalysatordosering, temperatur, pH och anjoner vid atmosfärstryck med användning av en 300 W xenonlampa som en simulerad solljuskälla och en ljusintensitet på 350 mW / cm2. Jämfört med den första cykeln bibehöll den konstruerade BrSubphthalocyanine / Ag3 PO 4 82,0% av den ursprungliga fotokatalytiska aktiviteten efter fem fotokatalytiska cykler, medan den orörda Ag3PO4 bibehöll endast 28,6%. Stabiliteten hos silverfosfatprover testades ytterligare genom ett femcykelexperiment. Detta dokument ger en komplett process för utvärdering av katalytisk prestanda hos halvledarkatalysatorer i laboratoriet för utveckling av halvledarkatalysatorer med potential för praktiska tillämpningar.

Den rombiska dodekaedern Ag3PO4 syntetiserades framgångsrikt med användning av denna lösningsmedelsfassyntesmetod. Detta bekräftas av SEM-bilderna som visas i figur 1A, B. Enligt SEM-analysen befanns medeldiametern för den rombiska dodekaedriska strukturen vara mellan 2-3 μm. De orörda BrSubPC-mikrokristallerna visar en stor oregelbunden flingstruktur (figur 1C). I kompositprovet behöll titandioxiden fortfarande den...

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

Här presenteras ett protokoll för att utforska en universell uppsättning experimentella förfaranden för omfattande laboratorieutvärdering av fotokatalysatorer inom miljörening, med hjälp av exemplet med fotokatalytiskt avlägsnande av antibiotikaorganiska föroreningsmolekyler från vatten med ftalocyaninsensibiliserade silverfosfatkompositer.

En komplett metod för utvärdering av fotokatalysatorers prestanda för nedbrytning av antibiotika vid miljösanering

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

Detta dokument ger en komplett process för att utvärdera den katalytiska prestandan hos halvledarkatalysatorer i laboratoriet för att utveckla halvledarkatalysatorer med potential för praktiska tillämpningar. Fördelen med denna teknik är att den fotokatalytiska prestandan hos halvledarkatalysatorer kan utvärderas i laboratoriet på ett mer omfattande sätt. Demonstrera förfarandet kommer att vara Bing Wang, doktorand från laboratoriet Zhuo Li.And XuXia Zhang, LeCheng Li, MengTing Ji, Zheng Zheng, ChuanHui Shi, masterstudenter från Zhuos laboratorium Li.To börja, förbereda reaktionslösningen genom att lösa sex gram ammoniumnitrat i 200 ml avjoniserat vatten och behandla med ultraljudsvågor vid 40 kilohertz frekvens, 300 watt effekt i fem minuter i en cykel för att lösa upp den helt och lägg den sedan i en 500 ml mätkolv för att fixera volymen.Tillsätt 2 526 ml avjoniserat vatten till en bägare och tillsätt sedan 180 ml ammoniumnitratlösning, 54 ml natriumhydroxidlösning och 120 ml silvernitratlösningar sekventiellt till bägaren. Rör om lösningen kraftigt i 10 minuter för att förbereda diamminsilverkomplexet. Slutligen tillsätt 120 ml kaliumvätefosfatlösning till komplexet och rör om i fem minuter.Efter att lösningens färg ändras från färglös till ljusgul är den erhållna fällningen silverfosfat, rhombic dodecahedral. Separera den resulterande fällningen genom centrifugering vid 7, 155 punkt 5G i 10 minuter vid rumstemperatur. Därefter centrifugeras vid tre gånger med 50 ml avjoniserat vatten under samma förhållanden.Förvara det rombiska dodekaedriska silverfosfatet vid rumstemperatur i en torr miljö borta från ljus. Upplöst 5,77 milligram brom subftalocyanin i 50 ml etanol i en glasbägare och lös upp helt genom ultraljudsbehandling vid 40 kilohertz frekvens 300 watt effekt i en cykel i 30 minuter vid rumstemperatur. Tillsätt sedan 144,25 milligram silverfosfat till ovanstående lösning och ultraljudsbehandling vid 40 kilohertz frekvens, 300 watt effekt i en cykel i 30 minuter vid rumstemperatur.Rör om ovanstående lösning i ett 80 grader Celsius vattenbad för att tillåta fullständig avdunstning av etanolen. Torka det resulterande brungula pulvret över natten i en ugn vid 60 grader Celsius och namnge det beredda provet som bromsubftalocyaninsilverfosfat För testlösningen löstes 10 mg tetracyklin i 500 ml destillerat vatten för erhållande av en 20 PPM-lösning. Överför sedan 50 ml av tetracyklinlösningen till en fotokatalytisk glasreaktor.Rör om lösningen noggrant med en magnetisk omrörning vid 1000 rpm och håll temperaturen vid 25 grader Celsius. Slå sedan på luftpumpens strömbrytare och tillsätt luften till lösningen med en hastighet av 100 ml per minut för att få luftmättnad. Tillsätt 50 mg av den beredda fotokatalysatorn till testlösningen för att nå en koncentration av ett gram per liter.Ta det första provet omedelbart med en glasspruta. Efter omrörning i 30 minuter i mörkret, ta det andra provet och slå på ljuskällan Efter en strålning under olika tidsintervall, filtrera alla extraherade prover genom ett 0,22 mikrometer nylonmembran för att avlägsna fasta partiklar före analys. Förvara de filtrerade proverna borta från ljus i fem milliliter centrifugrör tills analys.Mät koncentrationen av tetracyklin med en UV-synlig spektrofotometer vid 356 nanometer och utvärdera den fotokatalytiska effekten genom nedbrytningshastigheten som beskrivs i manuskriptet. SEM-analysen visar att medeldiametern för den rombiska dodekaedriska strukturen visade sig vara mellan två till tre mikrometer, medan bromsubftalocyaninmikrokristaller visar en stor oregelbunden flingstruktur. Den fotokatalytiska aktiviteten hos silverfosfat visade endast 72,86% medan bromsubftalocyaninsilverfosfat visade 94,54% nedbrytning av tetracyklin efter 30 minuters synligt ljus till strålning.Nedbrytningshastigheten konstant av kompositer var 1,69 gånger högre än för silverfosfatet. Efter fem cykler visade kompositen en hög tetracyklinavlägsnande på 77,5% Det minskade dock från 72,86% till 20,84% av silverfosfat. XRD-analysen av kompositen visade att topparna i de cykliska proverna inte förändrades jämfört med de ursprungliga proverna, vilket indikerar god stabilitet hos kompositen.Fotokatalytisk nedbrytning visar att absorptionen och avlägsnandet av tetracyklin ökade när fotokatalysatorkoncentrationen i reaktionslösningen ökade. Effekten av pH på den fotokatalytiska nedbrytningen av kompositmaterialet för att avlägsna tetracyklin reducerades något i sura lösningar medan den dämpades mer i neutrala och alkaliska lösningar. Tillsatsen av anjoner hade en hämmande effekt på den fotokatalytiska nedbrytningen av tetracyklin, men nedbrytningshastigheten påverkades inte alltför mycket.Effekten av temperatur på fotokatalytisk nedbrytning i 30 minuter visar att nedbrytningshastigheten för tetracyklin gradvis ökade med temperaturökningen. Kom ihåg att slå på strömbrytaren för cirkulerande vatten för att kontrollera temperaturen vid 25 grader Celsius när du utför det fotokatalytiska experimentet.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Fysikaliska, kemiska och biologiska karakterisering av Six Biochars Producerad för sanering av förorenade områden

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

En hel cell Bioreporter metod för att bedöma transport och biotillgänglighet av organiska föroreningar i vatten Omättade 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

En Bending test för att bestämma den Atterberg Plastic Limit i jordar

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

En genomströmningsExponerings system för att utvärdera suspenderat sediment Effekter på Vatten- liv

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

Ekotoxikologisk metod med marina bakterier<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt; Att utvärdera miljöföroreningarnas akuta toxicitet

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

Jämförelse av Skala i en Photoreaktorsystem för alger Remediation av avloppsvatten

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

Utvärdera effekten av kemikalier i miljön på Honey Bee utveckling från individen till Colony nivå

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

Extraktion av organiska klorpesticider från plastpellets och plasttypsanalys

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

En ny metod för Pentosan analys i Jute biomassa och dess omvandling till socker monomerer med sura jonisk vätska

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

Experimentellt protokoll för att pröva beteendemässiga svar profiler i Larval fisk: ansökan till Neuro-stimulerande koffein

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