소설 Corchorus olitorius

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13190(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 Corchorus olitorius 유래 바이오 숯과 Bi12O17Cl2의 새로운 복합재를 제조하여 태양광 광산화 반응기에서 테트라사이클린(TC) 분해에 활용했습니다. 다양한 분석을 통해 복합 구성 요소 간의 형태, 화학적 조성 및 상호 작용을 연구했습니다. 바이오 숯은 pH 4.7 ± 0.5, 초기 TC 농도 163 mg/L, 초기 COD 1244 mg/L에서 150 mg/L의 바이오 숯을 사용하여 52.7%의 TC 제거 및 59.6%의 COD 광물화를 보여주었습니다. pH 4.7 ± 0.5, 초기 TC 농도 178 mg/L, COD 1034 mg/L에서 150 mg/L의 순수 Bi12O17Cl2를 사용하여 TC의 분해 효율은 63%, 광물화 비율은 64.7%로 증가했습니다. biochar/Bi12O17Cl2 복합체의 경우, 전자와 정공의 재결합을 지연시키는 전자를 수용하는 biochar의 잠재력으로 인해 TC 및 COD 광물화 비율의 분해 효율이 85.8% 및 77.7%로 향상되었습니다. 합성된 복합재는 4번의 연속 사이클에 걸쳐 높은 안정성을 나타냈습니다. 생성된 중간체에 따르면 TC는 반응종의 빈번한 공격을 통해 카프릴산과 펜탄디오익산으로 분해될 수 있습니다. 준비된 복합재는 유망한 광촉매이며 저렴한 비용과 안정성 외에도 단시간에 높은 분해 및 광물화 성능으로 인해 대규모 시스템에 적용할 수 있습니다.

인간과 동물의 박테리아 성장을 억제하기 위해 의약품(예: 항생제)을 광범위하게 사용하면 항생제가 수생 생태계로 통제되지 않게 방출됩니다1,2. 항생제인 테트라사이클린(TC)은 다양한 유형의 박테리아에 대한 저렴하고 광범위한 효과로 인해 항감염 치료에 지속적으로 사용됩니다3,4. 수생 생물에서 TC 잔류물의 증가는 인간 건강을 악화시킬 수 있는 테트라사이클린 내성 박테리아의 발생을 유발합니다5,6. 전통적인 처리 공정(예: 생물학적 처리, 흡착, 막 여과)은 생분해성과 안정성이 낮기 때문에 테트라사이클린을 효율적으로 제거할 수 없으며, 전통적인 기술은 비용이 많이 들고 2차 오염물질을 생성합니다7,8. 따라서 효율적이고 저렴한 처리 기술의 개발을 통해 하천으로의 항생제(예: 테트라사이클린) 방출을 제어하는 ​​것은 운명적입니다9,10.

최근 AOP(Advanced Oxidation Process)는 내화성 오염물질(예: 항생제) 분해에 탁월한 성능을 보여왔습니다11,12. 그러나 일부 AOP(예: Fenton, 오존 처리)는 비용이 많이 들고 전체 규모 적용을 방해하는 2차 오염 물질을 생성합니다. 또한, 전기화학적 AOP는 전극의 높은 비용과 짧은 서비스 시간으로 인해 대규모로 적용할 수 없습니다. AOP 중 하나인 광촉매 공정은 저렴하고 친환경적이며 지속 가능한 특성과 생성된 활성산소종(ROS)을 통해 생체 저항성 오염물질에 대한 효과적인 분해 및 광물화 성능을 특징으로 하며, 이 기술은 더 큰 규모로 구현될 수 있습니다. 20,21. 그럼에도 불구하고, TiO2 및 ZnO와 같은 기존의 광촉매는 넓은 밴드갭과 빠른 전하 캐리어 재결합과 같은 몇 가지 결함을 가지고 있어 생체 저항성 오염물질의 효율적인 분해와 태양광 강도의 상당 부분 활용을 방해합니다22,23. 따라서 오염 물질의 효율적인 분해에 기여하고 광촉매 공정의 실제 구현을 향상시키는 좁은 밴드갭과 감소된 재결합 속도를 갖춘 효율적인 광촉매를 설계하는 것이 필수적입니다.

옥시염화비스무트(Bi12O17Cl2) 광촉매는 가시광선 조사 하에서 광촉매 공정에 활용될 수 있는 능력과 안정성, 우수한 산화 전위 및 무독성으로 인해 주목을 받고 있습니다24,25. 그러나 Bi12O17Cl2에 의한 분해 성능은 전자와 정공의 비효율적인 분리로 인해 미미합니다26. 앞서 언급한 문제를 극복하기 위해 연구진은 Bi12O17Cl2 기반 이종접합 광촉매를 제작하여 AgI/Bi12O17Cl227, BiOBr/Bi12O17Cl228 및 Bi12O17Cl2/β-Bi2O329와 같은 전하 캐리어 간의 집합을 억제했습니다. 그러나 이러한 이종접합 광촉매를 제조하면 처리 비용이 증가하고 독성 화학물질의 소비가 증가합니다.