A novel ZnO/CQDs/PVDF piezoelectric system for efficiently degradation of antibiotics by using water flow energy in pipeline: Performance and mechanism

材料科学 降级(电信) 压电 催化作用 四环素 羟基化 化学工程 激进的 抗生素 复合材料 有机化学 化学 工程类 电信 生物化学 计算机科学
作者
Zichen Wang,Manqi Xiang,Bingjie Huo,Jingxue Wang,Lina Yang,Wei Ma,Jianguang Qi,Yinglong Wang,Zhaoyou Zhu,Fanqing Meng
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:107: 108162-108162 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.108162
摘要

Using clean and natural energy from the environment to treatment of organic pollutants is a sustainable approach to alleviate energy and environmental problem. This work prepared a novel ZnO/CQDs/PVDF pipe system with excellent piezoelectric properties for efficient tetracycline (TC) degradation. The piezoelectric catalytic activity of ZnO/CQDs/PVDF was excited by hydrodynamic force to achieve a removal rate of 95.17 % of TC within 70 min with a second-order kinetic constant of 0.0185 L∙(mg min)−1, it can still maintain high stability after 35 h cycles. Most importantly, the water flow-driven piezoelectric catalytic system has extremely low energy consumption, is only 17.57 % of that of the ultrasonic system. The CQDs promote the transfer rate of ZnO surfaces charges, and PVDF with flexible β-rich phases were more sensitive to low-frequency pressure responses. ∙OH and ∙O2- radicals were demonstrated to the main radicals for the degradation of tetracycline. Based on LC-MS results and DFT calculations, the degradation mechanisms of tetracycline molecules, including hydroxylation, C-C, and C-N bond cleavage processes, were successfully predicted. In addition, ZnO/CQDs/PVDF pipe have obvious inhibitory effect on the biotoxicity of intermediates generated during the degradation process and exhibit excellent antibacterial ability. This work demonstrated that ZnO/CQDs/PVDF pipe have efficient utilization of low-frequency water flow energy and shows great potential in practical applications.
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