Devido à baixa biodegradabilidade dos antibióticos e ao tratamento inadequado dos medicamentos na vida diária das pessoas, mais de 80% dos antibióticos se acumularão no ambiente. Por exemplo, como um antibiótico de amplo espectro, “cloreto de berberina” é amplamente utilizado devido à sua excelente atividade antibacteriana e baixos efeitos colaterais. No entanto, muitas tecnologias atuais são difíceis de detectar e degradar tais antibióticos ao mesmo tempo.
Recentemente, o grupo de pesquisa do Professor liuhongzhi, Escola de Química e Engenharia Química da Universidade de Shandong, preparou um polímero poroso orgânico-inorgânico silsesquioxalkyl híbrido próximo ao infravermelho Este novo material pode simultaneamente realizar a detecção e degradação do cloreto de berberina, o que o faz mostrar potencial valor de aplicação no campo da proteção ambiental.
Os resultados acima foram publicados no Journal of sustainable chemistry and engineering under the American Chemical Society e foram incluídos no artigo de capa.
Novo material pode detectar simultaneamente antibióticos degradáveis
Os antibióticos são uma das maiores descobertas da história da medicina humana, que melhoram a capacidade dos seres humanos de lutar contra a infecção bacteriana. No entanto, o abuso de antibióticos tem ameaçado seriamente a saúde humana e causado poluição ambiental. Explorar como detectar e remover eficazmente antibióticos no ambiente tornou-se um ponto quente e uma das dificuldades no campo da proteção ambiental.
A fim de remover antibióticos e outros poluentes orgânicos do esgoto, os cientistas usaram vários métodos, incluindo floculação, filtração por membrana, adsorção, oxidação química e biodegradação. No entanto, esses métodos têm muitas desvantagens, como tecnologia difícil, alto custo de processamento, etapas tediosas e fácil de causar “poluição secundária”.
A fim superar as desvantagens acima, os cientistas têm explorado tecnologias de tratamento mais avançadas, tais como tecnologia fotocatalítica, tecnologia de oxidação úmida, tecnologia ultrassônica, tecnologia de oxidação supercrítica, etc. Dentre essas tecnologias, a tecnologia de fotocatálise é considerada uma das tecnologias mais atrativas, pois utiliza energia luminosa para catalisar a degradação de poluentes, não introduz novos poluentes, não tem poluição secundária e os materiais podem ser reutilizados por muitas vezes. Agora os resultados da pesquisa do grupo de pesquisa do professor liuhongzhi enriqueceram ainda mais os materiais fotocatalíticos.
“A faixa de excitação do material luminescente semicondutor infravermelho coincide com a banda de absorção ultravioleta do antibiótico. Devido ao efeito de filtração interna, o antibiótico pode ser detectado. Ao mesmo tempo, o material luminescente semicondutor infravermelho pode produzir radical peroxy (o2-) e furo (h+) na água. Eles podem interagir com o antibiótico e, em seguida, produzir uma série de reações como abertura do anel e, finalmente, degradar o antibiótico para produzir dióxido de carbono e água.” Liuhongzhi disse.
Combine as vantagens de vários materiais
Atualmente, a composição de materiais luminescentes infravermelhos próximos pode ser dividida aproximadamente em dois tipos: materiais inorgânicos, tais como óxidos metálicos e nanocristais semicondutores, mas “caro, difícil de processar e pós modificar” é o calcanhar de Aquiles. Materiais orgânicos, incluindo complexos metálicos e corantes, podem ser divididos em materiais fluorescentes orgânicos no infravermelho próximo e materiais fosforescentes orgânicos no infravermelho próximo de acordo com o mecanismo de luminescência. Entre eles, materiais fluorescentes orgânicos de infravermelho próximo têm alto coeficiente de extinção/absorção molar e rendimento quântico de fluorescência, e a estrutura molecular é flexível e fácil de ajustar, e o preço é baixo. No entanto, este material ainda tem alguns problemas científicos comuns a serem resolvidos urgentemente, por exemplo, tem apenas baixa estabilidade térmica, estabilidade mecânica, eficiência quântica de fluorescência e baixa resistência ao fotobranqueamento.
A fim de resolver a processabilidade de materiais inorgânicos de infravermelho próximo e a estabilidade de materiais orgânicos de infravermelho próximo, os cientistas começaram a preparar materiais orgânicos-inorgânicos híbridos de infravermelho próximo. Ou seja, partículas inorgânicas são adicionadas para superar as deficiências de materiais orgânicos de infravermelho próximo. Por exemplo, materiais orgânicos de infravermelho próximo dopados com dióxido de silício podem mostrar maior brilho e fotoestabilidade. No entanto, as moléculas orgânicas incorporadas no infravermelho próximo são fáceis de vazar da matriz de sílica e têm baixa estabilidade, o que dificulta sua aplicação.
“Através do projeto molecular, nós preparamos uma molécula orgânica do infravermelho próximo do tipo carbazol piran do tiofeno ponte, que é um semicondutor orgânico com estrutura hiperconjugada ‘d- π -a- π -d’. Liuhongzhi disse aos repórteres: “No entanto, a baixa resistência mecânica, estabilidade térmica, baixo brilho e baixa estabilidade luminosa desta molécula orgânica do infravermelho próximo restringem seriamente sua aplicação.Portanto, usamos silsesquioxano para modificá-lo quimicamente para preparar polímeros porosos orgânicos-inorgânicos híbridos do infravermelho próximo, que realizam a recombinação do nível molecular, resolver os problemas acima de moléculas orgânicas do infravermelho próximo, e resolver a capacidade orgânica do corante na mistura física Fácil de escapar da matriz de sílica.”
Proporcionar novas ideias para governança ambiental
Liuhongzhi acredita que os polímeros porosos orgânicos-inorgânicos híbridos silsesquioxalquil infravermelho próximo têm excelentes propriedades abrangentes previsíveis e amplas perspectivas de aplicação, “Ele pode detectar rapidamente e não destrutivo vestígios de poluentes, como íons metálicos pesados, nitro compostos, corantes e antibióticos. Além disso, esse tipo de material também pode realizar a fotodegradação de poluentes. Ele pode ser diretamente excitado pela luz solar sem fonte de luz adicional. É eficiente e conciso. A luz do infravermelho próximo emitida é inofensiva para a vida, ecológica e pode ser reciclada. Fornece uma nova ideia para governança ambiental e espera-se que seja aplicada na prática.” Liuhongzhi disse.
No entanto, a tecnologia está constantemente melhorando e se desenvolvendo, e qualquer material aparentemente “perfeito” também tem defeitos.
Entre muitos métodos para tratar poluentes na água, a tecnologia de fotocatálise tem grandes vantagens, mas ainda existem alguns problemas na tecnologia ou materiais de fotocatálise relacionados atualmente, como difícil síntese de materiais, alto custo, baixa utilização de energia luminosa e difícil degradar diferentes tipos de poluentes ao mesmo tempo. Portanto, liuhongzhi disse, “desenvolver materiais eficientes, verdes e recicláveis no infravermelho próximo para detectar e degradar poluentes tem importante valor científico, e obter materiais compactos, eficientes e de baixo custo no infravermelho próximo é o fator chave para realizar sua ampla aplicação”. Ele pediu aos cientistas e à indústria para fortalecer a cooperação, projetar e desenvolver novos materiais luminescentes infravermelhos próximos com base em revelar a relação entre a estrutura do material e o desempenho, fortalecer a pesquisa no processo de preparação do material, ampliar cenários de aplicação e acelerar a promoção de aplicações comerciais.
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Materiais fotocatalíticos têm grande potencial para controle de poluição
Os materiais fotocatalisadores são um tipo de materiais catalisadores semicondutores que podem sofrer reação fotoquímica sob a ação da luz. Existem muitos fotocatalisadores no mundo, incluindo dióxido de titânio, óxido de zinco, óxido de estanho, zircônia, sulfeto de cádmio e outros óxidos e semicondutores de sulfeto. Nos primeiros dias, muitos países do mundo usaram sulfeto de cádmio e óxido de zinco como materiais de fotocatálise. No entanto, devido às suas propriedades químicas instáveis, eles serão fotodissolvidos ao mesmo tempo da fotocatálise, dissolvendo íons metálicos prejudiciais e têm certa toxicidade biológica. Portanto, países desenvolvidos raramente os usaram como materiais de fotocatálise civil, e alguns campos de fotocatálise industrial ainda estão em uso. Desde então, o dióxido de titânio tem estado no centro da pesquisa fotocatalítica por causa de sua forte capacidade de oxidação, alta atividade catalítica e boa estabilidade.
Hoje em dia, muitos especialistas acreditam que o óxido cuproso nano tem uma boa perspectiva de aplicação na degradação fotocatalítica de poluentes orgânicos, e espera-se que se torne uma nova geração de fotocatalisador semicondutor após dióxido de titânio. Nano óxido cuproso tem propriedades químicas estáveis e forte capacidade de oxidação sob a ação da luz solar, que pode oxidar completamente poluentes orgânicos na água para formar dióxido de carbono e água. Portanto, o óxido cuproso nano é mais adequado para o tratamento avançado de várias águas residuais de corantes. Os pesquisadores usaram a fotocatálise nano do óxido cuproso para degradar o azul do metileno e alcançaram bons resultados.
