Римский Corchorus olitorius

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13190 (2023) Цитировать эту статью

254 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В данном случае был изготовлен новый композит из биоугля, полученного из Corchorus olitorius, и Bi12O17Cl2, который использовался для разложения тетрациклина (TC) в реакторе солнечного фотоокисления. Морфологию, химический состав и взаимодействие между компонентами композита изучали с помощью различных анализов. Биоуголь продемонстрировал удаление ОХ на 52,7% и минерализацию ХПК на 59,6% при использовании 150 мг/л биоугля при pH 4,7 ± 0,5, начальной концентрации ОХ 163 мг/л и начальной ХПК 1244 мг/л. При использовании 150 мг/л чистого Bi12O17Cl2 при рН 4,7 ± 0,5, начальной концентрации ТЦ 178 мг/л и ХПК 1034 мг/л эффективность разложения ТЦ увеличивалась до 63%, а степень минерализации – до 64,7%. В случае композита биоуголь/Bi12O17Cl2 эффективность разложения TC и коэффициент минерализации COD улучшилась до 85,8% и 77,7% благодаря способности биоугля принимать электроны, что замедляло рекомбинацию электронов и дырок. Синтезированный композит показал высокую стабильность в течение четырех последовательных циклов. Судя по образующимся промежуточным соединениям, TC может разлагаться до каприловой кислоты и пентандиовой кислоты в результате частого воздействия реакционноспособных веществ. Полученный композит является многообещающим фотокатализатором и может применяться в крупномасштабных системах благодаря своим высоким характеристикам деградации и минерализации за короткое время, а также низкой стоимости и стабильности.

Широкое использование фармацевтических препаратов (например, антибиотиков) для подавления роста бактерий у людей и животных приводит к неконтролируемому выбросу антибиотиков в водную экосистему1,2. Тетрациклин (ТС), антибиотик, постоянно используется в противоинфекционной терапии из-за его низкой стоимости и широкой эффективности в отношении различных типов бактерий3,4. Увеличение остатков ОК в водной среде обитания приводит к развитию бактерий, устойчивых к тетрациклину, что может привести к ухудшению здоровья человека5,6. Традиционные процессы очистки (например, биологическая очистка, адсорбция, мембранная фильтрация) не могут эффективно удалить тетрациклин из-за его плохой биоразлагаемости и стабильности, а также из-за того, что традиционные технологии являются дорогостоящими и производят вторичные загрязнители7,8. Таким образом, крайне важно контролировать выбросы антибиотиков (например, тетрациклина) в водные потоки посредством разработки эффективной и недорогой технологии очистки9,10.

В последнее время процессы усовершенствованного окисления (АОП) показали превосходную эффективность в отношении разложения тугоплавких загрязнителей (например, антибиотиков)11,12. Тем не менее, некоторые АОП (например, Фентон, озонирование) являются дорогостоящими и создают вторичные загрязнители, которые препятствуют полномасштабному применению13,14,15,16. Кроме того, электрохимические АОП не могут применяться в больших масштабах из-за высокой стоимости и короткого срока службы электродов17,18. Процесс фотокатализа, один из АОП, отличается своей дешевизной, экологичностью и устойчивым характером, а также эффективными характеристиками разложения и минерализации в отношении биоустойчивых загрязнителей за счет образования активных форм кислорода (АФК), что позволяет использовать этот метод в более крупных масштабах19. 20,21. Тем не менее, традиционные фотокатализаторы, такие как TiO2 и ZnO, имеют некоторые недостатки, такие как широкая запрещенная зона и быстрое воссоединение носителей заряда, которые препятствуют эффективному разложению биоустойчивых загрязнителей и использованию значительной части солнечной энергии22,23. Поэтому крайне важно разработать эффективный фотокатализатор с узкой запрещенной зоной и пониженной скоростью рекомбинации, который способствует эффективному разложению загрязняющих веществ и расширяет практическую реализацию процесса фотокатализа.

Фотокатализатор оксихлорид висмута (Bi12O17Cl2) привлек значительное внимание благодаря его способности использоваться в процессе фотокатализа под воздействием видимого света, а также его стабильности, превосходному окислительному потенциалу и нетоксичности24,25. Однако эффективность деградации Bi12O17Cl2 невелика из-за неэффективного разделения электронов и дырок26. Чтобы решить вышеупомянутую проблему, исследователи изготовили гетеропереходные фотокатализаторы на основе Bi12O17Cl2 для подавления взаимодействия носителей заряда, таких как AgI/Bi12O17Cl227, BiOBr/Bi12O17Cl228 и Bi12O17Cl2/β-Bi2O329. Однако приготовление этих фотокатализаторов гетероперехода увеличивает стоимость лечения и потребление токсичных химикатов.