Улучшенная адсорбция

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17054 (2022) Цитировать эту статью

1744 Доступа

9 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Неправильный сброс отработанных сухих батарей и неочищенных сточных вод, содержащих антибиотики, в окружающую среду представляет серьезную угрозу для существования экосистемы. В этом исследовании синтез восстановленного нанокомпозита оксида графена-ZnO (rGO-ZnO) был достигнут посредством процесса биовосстановления с использованием отработанного стержня батареи сухих элементов в качестве предшественника оксида графена (GO). Нанокомпозит применялся при ультрафиолетовой фотокаталитической деградации хлорамфеникола (КАП) при длине волны 290 нм в присутствии перекиси водорода. Нанокомпозит RGO-ZnO был охарактеризован методами SEM, TEM, XRD, BET и FTIR. ПЭМ-изображение нанокомпозита выявило полидисперсный квазисферический оксид цинка на грубой восстановленной поверхности оксида графена. Рентгенограммы показали резкие, заметные кристаллические гексагональные фазы вюрцита ZnO и rGO. Площадь поверхности нанокомпозита по БЭТ составила 722 м2/г, размер пор 2 нм и объем пор 0,4 см3/г. % эффективности фотоудаления увеличивался с увеличением времени облучения, но уменьшался при более высоких значениях pH, температуры и концентрации CAP. Процесс фотокаталитической адсорбции более точно соответствует модели Фрейндлиха (R2 = 0,99), что указывает на многослойный механизм адсорбции. После обработки нанокомпозитом было получено снижение уровня химической потребности в кислороде (ХПК) ветеринарных сточных вод на 92,74%, что подтверждает его эффективность на реальных пробах сточных вод.

С момента своего первого открытия несколько десятилетий назад антибиотики нашли полезное применение в уходе за людьми и животными в целях профилактики, лечения и улучшения роста1. Для этих целей используются различные антибиотики, в том числе азитромицин, хлорамфеникол, тетрациклин, стрептомицин и т. д. Однако в последние годы антибиотики и их остатки попали в окружающую среду через производственные предприятия, очистные сооружения, больницы, свалки и т. д. где они теперь стали важной группой загрязнителей окружающей среды2. Сообщалось о различных уровнях остатков антибиотиков в сточных водах фармацевтических и сельскохозяйственных предприятий, что сопровождалось токсическим воздействием на водные и наземные организмы2.

Передовые процессы окисления, такие как гомогенный/гетерогенный фотокатализ на основе полупроводников, сонокатализ, фентон, электрохимическое окисление, озонирование и т. д., за последние несколько десятилетий привлекли огромное внимание к очистке фармацевтических и сельскохозяйственных стоков из-за их многочисленных преимуществ, включая экономическую эффективность, время и способность разлагать органические и неорганические загрязнители до менее токсичных веществ3,4,5,6,7. Полупроводники, такие как наночастицы сульфида кадмия (CdS), сульфида цинка (ZnS), оксида железа (Fe2O3), оксида титана (TiO2) и оксида цинка (ZnO), могут действовать как сенсибилизатор для световосстановительных окислительно-восстановительных реакций за счет образования активных окислительных частиц. включая гидроксильные радикалы, пероксид водорода и супероксидные анионы8.

Оксид цинка представляет собой полупроводниковое соединение II-VI. Он имеет ширину запрещенной зоны 3,4 эВ и длину волны 387 нм и может возбуждаться в ультрафиолетовой (УФ) области электромагнитного спектра9. Наночастицы оксида цинка широко используются в качестве антимикробных агентов, в устройствах для определения газов и, что наиболее важно, в фотокаталитической очистке сточных вод из-за относительно низкой себестоимости производства, мягких условий реакции10,11 и т. д.

И наоборот, некоторые проблемы, часто возникающие при использовании полупроводниковых фотокатализаторов, включают узкий диапазон поглощения, фотокоррозию, рекомбинацию электронно-дырочной пары, фотонестабильность в водной среде, широкую запрещенную зону, требующую огромной энергии активации и т. д.11,12. Было доказано, что интеграция графитовых материалов (восстановленного оксида графена) эффективна для предотвращения рекомбинации электронно-дырочных пар, улучшения транспортировки носителей заряда в полупроводниках, улучшения адсорбционной способности, проводимости и общей фотокаталитической активности13,14.