斬新な Corchorus olitorius

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13190 (2023) この記事を引用

254 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ここでは、Corchorus olitorius 由来のバイオ炭と Bi12O17Cl2 の新規複合材料を作製し、太陽光光酸化反応器におけるテトラサイクリン (TC) の分解に利用しました。 形態、化学組成、および複合成分間の相互作用が、さまざまな分析を使用して研究されました。 バイオ炭は、pH 4.7 ± 0.5、初期 TC 濃度 163 mg/L、および初期 COD 1244 mg/L で 150 mg/L のバイオ炭を使用して、52.7% の TC 除去および 59.6% の COD 石化を示しました。 pH 4.7 ± 0.5、初期 TC 濃度 178 mg/L、COD 1034 mg/L で 150 mg/L の裸の Bi12O17Cl2 を使用すると、TC の分解効率は 63% に増加し、石灰化率は 64.7% に増加しました。 バイオ炭/Bi12O17Cl2複合材料の場合、電子と正孔の再結合を遅らせる電子を受け入れるバイオ炭の潜在力により、TCおよびCOD無機化率の分解効率が85.8%および77.7%に向上しました。 合成された複合材料は、連続する 4 つのサイクルにわたって高い安定性を示しました。 生成された中間体によれば、TC は反応性種による頻繁な攻撃によりカプリル酸とペンタン二酸に分解される可能性があります。 調製された複合材料は有望な光触媒であり、その低コストと安定性に加えて、短時間での高い分解および無機化性能により、大規模システムへの適用が可能である。

人間や動物の細菌の増殖を抑制するための医薬品（抗生物質など）が広く使用されているため、水生生態系への抗生物質の制御されない放出が生じています1、2。 抗生物質であるテトラサイクリン (TC) は、低コストでさまざまな種類の細菌に対して広範な効果があるため、抗感染症治療に継続的に使用されています 3,4。 水生生物中の TC 残留物の増加は、テトラサイクリン耐性細菌の発生を引き起こし、人間の健康悪化につながる可能性があります 5,6。 従来の処理プロセス（生物学的処理、吸着、膜ろ過など）では、テトラサイクリンの生分解性と安定性が低いため、テトラサイクリンを効率的に除去できません。また、従来の技術は高価であり、二次汚染物質を生成します7、8。 したがって、効率的で低コストの処理技術の開発によって、水流への抗生物質（例：テトラサイクリン）の放出を制御することは運命的です9,10。

最近、高度酸化プロセス (AOP) は、難治性汚染物質 (抗生物質など) の分解に対して優れた性能を示しています 11,12。 ただし、一部の AOP (フェントン、オゾン処理など) は高価であり、本格的な適用を妨げる二次汚染物質を生成します 13、14、15、16。 さらに、電気化学 AOP は電極のコストが高く、使用時間が短いため、大規模に適用することはできません 17、18。 AOP の 1 つである光触媒プロセスは、その安価さ、グリーンで持続可能な性質、および生成された活性酸素種 (ROS) を介した生体耐性汚染物質に対する効果的な分解および無機化パフォーマンスを特徴としており、この技術が大規模に実装される条件となっています19。 20、21。 それにもかかわらず、TiO2 や ZnO などの従来の光触媒には、バンドギャップが広く、電荷キャリアの急速な再結合など、生体耐性汚染物質の効率的な分解や太陽光強度の大部分の利用が阻害されるなど、いくつかの欠点があります。 したがって、汚染物質の効率的な分解に貢献し、光触媒プロセスの実用化を高める、狭いバンドギャップと低い再結合率を備えた効率的な光触媒を設計することが不可欠です。

オキシ塩化ビスマス (Bi12O17Cl2) 光触媒は、可視光照射下での光触媒プロセスに利用できること、その安定性、優れた酸化電位、無毒性により注目を集めています 24,25。 ただし、Bi12O17Cl2 による分解性能は、電子と正孔の分離が非効率であるため、それほど高くありません 26。 前述の問題を克服するために、研究者らは、AgI/Bi12O17Cl227、BiOBr/Bi12O17Cl228、Bi12O17Cl2/β-Bi2O329などの電荷キャリア間のコンコースを抑制するBi12O17Cl2ベースのヘテロ接合光触媒を作製した。 しかしながら、これらのヘテロ接合光触媒の調製は、処理コストと有毒化学物質の消費量を増加させます。