| p-n型异质结催化剂Ag2O-BiVO4对微囊藻毒素(MC-RR)的光化学氧化机理研究 |
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| 引用本文： | 吴春红,方艳芬,Araya Hailu Tirusew,向淼淼,黄应平,陈春城.p-n型异质结催化剂Ag2O-BiVO4对微囊藻毒素(MC-RR)的光化学氧化机理研究[J].催化学报,2017,38(2). |
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| 作者姓名： | 吴春红 方艳芬 Araya Hailu Tirusew 向淼淼 黄应平 陈春城 |
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| 作者单位： | 1. 三峡大学生物与制药学院,湖北宜昌443002;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心(三峡大学),湖北宜昌443002;三峡库区生态环境教育部工程研究中心(三峡大学),湖北宜昌443002;三峡大学医学院,湖北宜昌443002;2. 三峡大学生物与制药学院,湖北宜昌443002;三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心(三峡大学),湖北宜昌443002;三峡库区生态环境教育部工程研究中心(三峡大学),湖北宜昌443002;3. 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心(三峡大学),湖北宜昌443002;三峡库区生态环境教育部工程研究中心(三峡大学),湖北宜昌443002 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基，湖北省自然科学基金创新团队项目(2015CFA021).
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China，the Natural Science Foundation for Innovation Group of Hubei Province |
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| 摘 要： | 微囊藻毒素(MC-RR)是一种具有两个精氨酸结构的微囊藻毒素,它是由蓝藻细菌产生的一种能普遍被检测到的细胞毒素,近来由于其潜在的肝毒性受关注.在可见光(λ≥420 nm)照射条件下,以MC-RR为光催化降解污染物,对BiVO4,Ag-BiVO4,Ag2O-BiVO4和Ag/Ag2O-BiVO4光催化降解性能进行了比较研究.通过HPLC-MS测定了其中间产物,并分析了其可能的降解途径.结果表明,Ag的存在通过构筑p-n异质结光催化剂而提高了Ag/Ag2O-BiVO4的光催化效率.此外,Ag0的存在极大地促进了MC-RR在光催化剂表面上的吸附作用.小鼠的毒理学实验表明,MC-RR经过光催化降解后毒性显着降低.由于水体富营养化形成的蓝绿藻促进微囊藻毒素的形成,这已成为全球关注的问题.被微囊藻毒素污染的饮用水除了会毒害野生动物,家畜和家禽外,还会损害人类肝脏,这也是肝癌的发病率高的原因.毒理学研究发现,微囊藻毒素通过结合到1A(PP1)和2A(PP2)上强烈地抑制蛋白磷酸酶的活性,从而导致肝细胞的损伤,引发原发性肿瘤.目前对光催化降解MC-RR的研究主要集中在紫外光催化氧化领域.采用太阳光中的紫外区或者近紫外区,利用传统的TiO2光催化剂对MC-LR的光催化氧化研究;太阳光中只有极少部分(约4%)的紫外光,大部分(约43%)是可见光,因此,如何将光催化剂的吸收光谱拓宽至可见光区域,提高催化剂对可见光的利用率,进一步提高光催化降解MC-RR的能力,具有一定的理论和实际意义.钒酸铋是一类新型的p型可见光光催化剂,将其与n型半导体Ag2O材料选择性的复合制备出p-n型异质结复合光催化剂能够显著地提高其光催化性能.本文将这种复合光催化剂的应用扩展到广泛检测到的毒素MC-RR的降解中,以实现可见光降解.发现Ag/Ag2O-BiVO4可以在可见光照射下有效光催化降解MC-RR.跟踪其降解中间产物,研究了其可能降解途径,并提出了在异质结催化剂表面上的光催化降解机理.催化剂表征结果表明,Ag2O和BiVO4形成有效的异质结界面,在降解中发挥重要作用.在该异质结结构中,Ag和Ag2O作为电子受体以增强电荷载流子寿命并提高光催化活性.依据MC-RR氧化产物的结构、化学性质和降解体系中所检测到的产物,推测其可能的机理:Ag-Ag2O-BiVO4可见光光催化降解MC-RR是一个涉及到羟基自由基和超氧自由基的共同氧化作用,同时根据液相质谱对中间产物的鉴定,得到MC-RR两条主要的可能降解途径,其中主要涉及到Adda中不饱和碳碳双键和Mdha中烯键的氧化,以及各氨基酸之间肽键的水解.小鼠急性毒理实验表明,经光催化反应后MC-RR的毒性明显减小.
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| 关 键 词： | 光催化 p-n异质结 银 氧化银 钒酸铋 微囊藻毒素(MC-RR) 机理 |
Photochemical oxidation mechanism of microcystin-RR by p-n heterojunction Ag/Ag2O-BiVO4 |
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| Abstract: | Microcystin-RR (MC-RR), a form of microcystin with two arginine moieties, is a cyanobacterial toxin that has been detected across a wide geographic range. It is a great concern globally because of its potential liver toxicity. Herein, the abilities of BiVO4, Ag-BiVO4, Ag2O-BiVO4 and Ag/Ag2O-BiVO4 to photocatalytically degrade MC-RR under visible-light irradiation (λ≥ 420 nm) were investigated and compared. The possible degradation pathways were explored through analysis of the reaction intermediates by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry. The results showed that the presence of Ag0 enhanced the photocatalytic efficiency of Ag/Ag2O-BiVO4 via a synergetic effect between Ag2O and Ag0 at the p-n heterojunction. Moreover, the presence of Ag0 also greatly promoted the adsorption of MC-RR on the photocatalyst surface. Toxicological experiments on mice showed that the toxicity of MC-RR was significantly reduced after photocatalytic degradation. |
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| Keywords: | Photochemical p-n heterojunction Silver Silver oxide Bismuth orthovanadate Microcystin-RR (MC-RR) Mechanism |
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