Catalytic degradation mechanism of sulfamethazine via photosynergy of monoclinic BiVO4and microalgae under visible-light irradiation

单斜晶系 降级(电信) 催化作用 辐照 化学 可见光谱 机制(生物学) 光化学 化学工程 核化学 环境化学 材料科学 有机化学 晶体结构 光电子学 物理 电信 量子力学 计算机科学 核物理学 工程类
作者
Shan Chen,Mingzhe Yuan,Wenbo Feng,Wan Liu,Wei Zhang,Houtao Xu,Xiaoyan Zheng,Genxiang Shen,Chunxia Guo,Liqing Wang
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:185: 116220-116220 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.watres.2020.116220
摘要

To improve the efficiency of antibiotic degradation, the photosynergistic performance of bismuth vanadate (BiVO4) with a microalga, Dictyosphaerium sp., was demonstrated under visible-light irradiation for the first time. Sulfamethazine (SM2) was selected as a representative sulfanilamide antibiotic, and the photocatalytic degradation mechanism of SM2 was evaluated in media via the BiVO4-algae system. The hydrothermally synthesized sample was characterized using X-ray powder diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy, transmission electron microscopy, Brunauer-Emmett-Teller surface area, and Fourier transform infrared spectroscopy techniques. The results demonstrated that the prepared photocatalyst corresponded to phase-pure monoclinic scheelite BiVO4. The synthesized BiVO4 showed superior photocatalytic properties under irradiation with visible light, and more than 80% of photocatalytic degradation efficiency was obtained by the BiVO4-algae system. Based on quenching experiments, the photocatalytic degradation of SM2 in the BiVO4-algae system was primarily accomplished via the generation of triplet state dissolved organic matter, and hydroxyl radicals played a small role in the degradation process. The direct oxidation of holes made no contribution to the degradation. Metabolomics data showed that a total of 91 metabolites were significantly changed between the two comparison groups (algae-SM2 group vs algae group; algae-BiVO4-SM2 group vs algae-BiVO4 group). The glycometabolism pathways were increased and the tricarboxylic acid cycle was activated when BiVO4 was present. The study provides a distinctive approach to remove antibiotics using visible light in the aqueous environment.
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