Effect and mechanism of simultaneous cadmium-tetracycline removal by a self-assembled microbial-photocatalytic coupling system

舍瓦内拉 光催化 化学 生物降解 核化学 化学需氧量 氧气 降级(电信) 光化学 废水 有机化学 细菌 催化作用 环境工程 工程类 生物 电信 遗传学 计算机科学
作者
Yu Wang,Hang Qiu,Huan Niu,Hao Liu,Jinchang Liu,Yinxue Jia,Haitao Ma,Fei Xu,Likai Hao,Zhongping Qiu,Can Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:449: 131018-131018 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131018
摘要

Electrochemical bacteria Shewanella oneidensis MR-4 (MR-4) was used to biologically generate cadmium sulfide (bio-CdS) nanocrystals and construct a self-assembled intimately coupled photocatalysis-biodegradation system (SA-ICPB) to remove cadmium (Cd) and tetracycline hydrochloride (TCH) from wastewater. The characterization using EDS, TEM, XRD, XPS, and UV-vis confirmed the successful CdS bio-synthesis and its visible-light response capacity (520 nm). 98.4% of Cd2+ (2 mM) was removed during bio-CdS generation within 30 min. The electrochemical analysis confirmed the photoelectric response capability of the bio-CdS as well as its photocatalytic efficiency. Under visible light, SA-ICPB entirely eliminated TCH (30 mg/L). In 2 h, 87.2% and 43.0% of TCH were removed separately with and without oxygen. 55.7% more chemical oxygen demand (COD) was removed with oxygen participation, indicating the degradation intermediates elimination by SA-ICPB required oxygen participation. Biodegradation dominated the process under aerobic circumstances. Electron paramagnetic resonance analysis indicated that h+ and ·O2- played a decisive role in photocatalytic degradation. Mass spectrometry analysis proved that TCH was dehydrated, dealkylated, and ring-opened before mineralizing. In conclusion, MR-4 can spontaneously generate SA-ICPB and rapidly-deeply eliminate antibiotics by coupling photocatalytic and microbial degradation. Such an approach was efficient for the deep degradation of persistent organic pollutants with antimicrobial properties.
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