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基于Cu掺杂BiOBr光阴极的生物光电化学系统降解典型抗生素的特性及微生物群落响应

环境化学 2023年第6期42卷 2117-2127页

作者：魏静文覃善铭吴栋颢陈硕王双飞侯燕萍广西大学资源环境与材料学院南宁530004 广西博世科环保科技股份有限公司南宁530007

抗生素难以生物降解且会诱导产生抗性基因,对生态环境和人体健康均造成威胁,因此,抗生素废水的高效处理意义重大.本研究制备了Cu掺杂的BiOBr光阴极,并与生物阳极耦合,构建生物光电化学系统(biophotoelectrochemical system,BPES),用于... 详细信息

抗生素难以生物降解且会诱导产生抗性基因,对生态环境和人体健康均造成威胁,因此,抗生素废水的高效处理意义重大.本研究制备了Cu掺杂的BiOBr光阴极,并与生物阳极耦合,构建生物光电化学系统(biophotoelectrochemical system,BPES),用于降解抗生素.结果表明,Cu-BiOBr较BiOBr具有更优异的光电化学性能.光照条件下的BPES在48 h内对初始浓度为20 mg·L^(-1)的阿莫西林(AMX)的去除率达91.38%.此外,适当曝气可提高BPES对AMX的去除.当AMX与盐酸四环素(TC),磺胺甲恶唑(SMX)在BPES中共降解时,降解过程均受到不同程度的抑制.根据鉴定的AMX的降解中间产物,推断了AMX的降解路径.BPES的阳极生物膜上的微生物主要以电活性细菌Geobacter为主,其对抗生素具有较高耐受性以及降解能力.

关键词：生物光电化学系统 Cu-BiOBr光阴极抗生素降解路径微生物群落

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BiOI/g-C3N4制备及其生物光电化学系统去除四环素的研究

BiOI/g-C3N4制备及其生物光电化学系统去除四环素的研究

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作者：任俊天津大学

学位级别：硕士

四环素(TC)作为一种广谱性抗生素,应用非常广泛,但对水生态系统也造成了严重污染。光催化技术能够去除水体中的TC,但依然存在处理效率低,光生电子空穴对复合速率快等问题。本论文尝试通过对光催化剂BiOI进行改性修饰,合成BiOI/g-CN异质... 详细信息

四环素(TC)作为一种广谱性抗生素,应用非常广泛,但对水生态系统也造成了严重污染。光催化技术能够去除水体中的TC,但依然存在处理效率低,光生电子空穴对复合速率快等问题。本论文尝试通过对光催化剂BiOI进行改性修饰,合成BiOI/g-CN异质结,提高其电子和空穴分离效率,进而改善其光催化效果;同时结合利用光化学、电化学和微生物学理论,将光催化技术与微生物燃料电池技术相结合,构建生物光电化学(BPEC)系统,实现对水体污染物进行高效处理并同时也可以产生电能。本论文主要研究内容及结论如下:(1)成功制备了BiOI/g-CN吸附型光催化异质结,并通过XRD、TEM、BET等手段表征了其形貌结构。结果表明BiOI呈纳米微球状附着在片状g-CN上,形成了异质结界面,材料的孔径孔容均匀适中,具有高的比表面积。测试了其吸附TC的性能,吸附动力学、等温线和热力学的研究结果,表明吸附反应为单层吸附反应,吸附位点分布均匀,是一个自发的吸热物理化学过程。(2)测试了BiOI/g-CN复合材料光催化降解多种抗生素的性能。结果表明,BiOI/g-CN对不同抗生素的降解具有选择性,其中降解四环素的效果最好,其次是左氧氟沙星,最差的是氯霉素。对于初始浓度为50 mg/L的四环素溶液,90min内去除率达81.8%。评估了BiOI/g-CN在Na、Cl、SO、S和Cu等多种离子共存条件下的TC降解性能,结果表明Cu的存在会抑制TC降解,原因可能是Cu能竞争性地结合催化剂表面的活性位点,因而减少了TC的接触面积。在不同水体中测试了BiOI/g-CN对TC的降解率,发现在海水中TC更容易降解,同时水体中的COD也得到很好的去除。通过自由基捕获实验、ESR自旋捕获技术和TC降解产物分析,发现BiOI/g-CN异质结可以促进对可见光的吸收,有利于光生电子空穴对的迁移与分离,并且在反应过程中产生了·O和·OH等自由基,提高了光催化活性。(3)利用BiOI/g-CN复合材料制备了光电阴极,并搭建BPEC系统。该系统对TC的降解达到73.3%,而单独使用光催化或电催化获得的降解率分别为42.1%和29.4%。BPEC系统输出的最大功率密度为50.7 m W/m。在200Ω外接电阻条件下,输出电压为0.35 V,输出电流密度为0.124 m A/cm,具有良好的产电性能。进一步探讨了BPEC系统降解污染物和同步产电的协同机制:生物阳极产生的胞外电子,经外接电路传递到BiOI/g-CN光电阴极,促进了光电阴极的电子空穴分离,提高了光催化降解效率;同时,电子在外接电路中流动,系统产生了电能。

关键词：光催化 BiOI/g-C3N4 产电四环素生物光电化学系统

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基于类囊体膜的光能利用和光动力学治疗

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科学通报 2023年第10期68卷 1203-1216页

作者：赵雪桐朱华伟张延平李寅中国科学技术大学生命科学与医学部合肥230027 中国科学院微生物研究所中国科学院微生物生理与代谢工程重点实验室微生物资源前期开发国家重点实验室北京100101

类囊体膜由光合色素、脂类和蛋白质组成,是绿色植物、真核藻类与蓝藻进行光合作用光反应的主要场所.光反应包括水的光解和光合电子传递两个核心过程,前者将光能转化为电子,后者将电子转化为活跃化学能.光反应中的电子传递和氧化还原特... 详细信息

类囊体膜由光合色素、脂类和蛋白质组成,是绿色植物、真核藻类与蓝藻进行光合作用光反应的主要场所.光反应包括水的光解和光合电子传递两个核心过程,前者将光能转化为电子,后者将电子转化为活跃化学能.光反应中的电子传递和氧化还原特性使得类囊体膜可以被应用于生物光电化学和生物光电催化两种光能利用系统.基于类囊体膜的光能利用系统不仅具有材料可再生和低碳绿色等优势,而且具有比完整光合细胞更高的能量效率.同时,类囊体膜中含有光敏剂叶绿素,并具有光合放氧特性和过氧化氢酶活性,使其可以应用于肿瘤的光动力学治疗.本文系统地总结了近年来类囊体膜在这些领域中应用的最新进展,重点介绍了类囊体膜在这3个领域的应用形式和作用机制,讨论了类囊体膜在应用过程中面临的问题与挑战,并对未来研究方向进行了展望.

关键词：类囊体膜生物光电化学系统生物光电催化系统光动力学治疗

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