Efficient visible light-driven photodegradation of glyphosate utilizing Bi2WO6 with oxygen vacancies: Performance, mechanism, and toxicity assessment.
Environ Pollut · 2024 · 348:123876 · PMID 38552773 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > 분석법 · 사람
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전 지구적 환경 악화는 생태학적 안정성과 인간 건강에 중대한 위험을 제기하고 있으며, 이를 해결하기 위해 신기술이 시급히 요구된다. 따라서 효율적인 농약 오염물질 분해를 위한 유리한 활성을 가진 광촉매의 활용은 환경 정화 달성을 위한 전략 중 하나이다. 본 연구에서는 에틸렌 글리콜(EG)을 이용한 용매열 합성법으로 산소 공공이 풍부한 $\text{Bi}_2\text{WO}_6$ ($\text{Ov-BWO}$)를 제조하였으며, 이는 글리포세이트의 광분해에서 우수한 광촉매 효율을 나타냈다. $\text{Ov-BWO}$ 내 산소 공공($\text{Ovs}$)의 형성은 XPS 및 EPR을 이용하여 입증하였다. PL, TRPL, 광전류 측정 및 EIS 분석 결과, $\text{Ovs}$가 광생성 전하의 효과적인 전달을 가속화하고, 전하 운반체의 수명을 연장하며, 활성종 생성을 촉진하여 광촉매 성능을 현저히 개선함을 보여주었다. 낮은 활성의 $\text{Bi}_2\text{WO}_6$ ($\text{BWO}$, 59.6%)와 비교했을 때, $\text{Ov-BWO}$는 가시광 조사 하에서 120분 동안 글리포세이트에 대해 91%의 분해 효율을 달성하며 뛰어난 광촉매 활성을 보였다. 더욱이, $\text{Ov-BWO}$는 네 번 반복 사용 후에도 우수한 재활용 안정성을 나타냈다. 광전기적 특성 분석을 바탕으로 실현 가능한 광촉매 반응과 글리포세이트 분해 경로를 제시하였다. 나아가, HPLC-MS를 이용하여 글리포세이트의 분해 중간체를 상세히 분석하였다. 독성 평가 결과, 분해 생성물은 생태계에 비독성이인 것으로 입증되었다. 본 연구는 $\text{Ovs}$를 가진 광촉매가 농약의 광분해에 가질 수 있는 잠재력을 제시하며, 환경 복원을 위한 실행 가능한 전략을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Global environmental deterioration poses a major risk to ecological security and human health, and emerging technologies are urgently needed to deal with it. Therefore, the exploitation of photocatalysts with favorable activity for efficient degradation of pesticide contaminants is one of the strategies to achieve environmental remediation. Herein, oxygen vacancy-rich Bi2WO6 (Ov-BWO) was prepared through a solvothermal method utilizing ethylene glycol (EG), which exhibited excellent photocatalytic efficiency in photodegradation of glyphosate. The formation of oxygen vacancies (Ovs) in Ov-BWO was demonstrated utilizing XPS and EPR. PL, TRPL, photocurrent tests, and EIS analyses revealed that Ovs accelerated effective transfer of photogenerated charge, extended lifetime of charge carriers, promoted production of active species and significantly improved the photocatalytic performance. Compared with the low-activity Bi2WO6 (BWO, 59.6%), Ov-BWO showed outstanding photocatalytic activity, achieving a degradation efficiency of 91% for glyphosate at 120 min of visible light irradiation. Moreover, Ov-BWO also displayed outstanding recyclable stability after four repeated uses. Based on the characterization of photoelectric properties, a feasible photocatalytic reaction was put forth, along with glyphosate degradation pathways. Furthermore, the degradation intermediates of glyphosate were analyzed in detail employing HPLC-MS. The toxicity assessment indicated that degraded products had been proven to be non-toxic to the ecological system. This work presents the potential of photocatalysts with Ovs for the photodegradation of pesticides, providing a viable strategy for environmental renovation.| 저자 | Yue, C.; Zhou, H.; Chen, L.; Wang, H.; Wu, X.; Yan, Q.; Zhang, H.; Yang, S. |
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| 저널 | Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) |
| 권·호·쪽 | 348, 123876 |
| PMID | 38552773 |
| DOI | 10.1016/j.envpol.2024.123876 |
| MeSH | Humans; Glyphosate; Photolysis; Pesticides; Light; Oxygen |