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炭素ドットを担持したCoNiFeO（x=0.9/SiO/TiO）ナノコンポジットは、光触媒と抗菌性を向上させた。廃水処理用に設計されたナノコンポジット
Carbon-dot-loaded CoNiFeO; x = 0.9/SiO/TiO nanocomposite with enhanced photocatalytic and antimicrobial potential: An engineered nanocomposite for wastewater treatment.
PMID: 32661303 DOI: 10.1038/s41598-020-68173-1.
抄録
現在、人口増加、水の減少、汚染などにより、水不足が世界的に深刻な問題となっています。従来の廃水処理プラントでは、コストや処理時間が不十分であり、基本的な水質基準を満たすことができない。本論文では、レイヤーバイレイヤー法により合成した高効率光触媒ナノコンポジット(CoNiFeO; x=0.9/SiO/TiO/C-dots)の調製、特性評価、および多重利用について報告する。次に、合成したナノコンポジットのクロラミン-T三水和物水溶液に対する光触媒性能を広範囲に調べた。さらに、反応速度論、分解機構、光触媒効率に影響を与える各種パラメータ（ナノコンポジット用量、クロラミン-T初期濃度、反応pH）を詳細に解析した。さらに、調製したナノコンポジットの抗菌活性を試験し、調製したナノコンポジットの抗菌能力に及ぼすUV活性の影響を分析した。最後に、現在のナノコンポジットと以前に報告されたナノコンポジット（CoNiFeO; x=0.9/SiO/TiO）との抗菌力の比較を行った。その結果、調製したナノコンポジットは高い結晶性を有していることがXRDで確認され、UV-Visでは299nmに吸収ピークを記録した。また、調製したナノコンポジットは、細孔径分布が狭く、BET表面積が28.29±0.19m/gであった。さらに、半球状のモルフォロジーを有し、高純度で平均粒子径(19.0nm)を有していた。光触媒分解効率はクロラミン-T初期濃度に反比例し、光触媒用量に正比例していた。また、塩基性培地（pH9）がクロラミン-T分解に最も適していた。さらに、紫外線照射により、調製したナノコンポジットは60分後に大腸菌、セレウス菌、熱帯菌に対する抗菌力が向上した。観察された抗菌能力（高いZOI、低いMIC、より効率的な抗生物質膜能力）は、以前に報告されたナノコンポジットと比較してユニークなものであった。この研究は、より効率的な水処理に関する重要な知見を提供し、汚染物質がどのように水供給を劣化させ、水を媒介する病原性微生物を殺菌するかについての継続的な研究を促進するものである。
Water scarcity is now a serious global issue resulting from population growth, water decrease, and pollution. Traditional wastewater treatment plants are insufficient and cannot meet the basic standards of water quality at reasonable cost or processing time. In this paper we report the preparation, characterization and multiple applications of an efficient photocatalytic nanocomposite (CoNiFeO; x = 0.9/SiO/TiO/C-dots) synthesized by a layer-by-layer method. Then, the photocatalytic capabilities of the synthesized nanocomposite were extensively-studied against aqueous solutions of chloramine-T trihydrate. In addition, reaction kinetics, degradation mechanism and various parameters affecting the photocatalytic efficiency (nanocomposite dose, chloramine-T initial concentration, and reaction pH) were analyzed in detail. Further, the antimicrobial activities of the prepared nanocomposite were tested and the effect of UV-activation on the antimicrobial abilities of the prepared nanocomposite was analyzed. Finally, a comparison between the antimicrobial abilities of the current nanocomposite and our previously-reported nanocomposite (CoNiFeO; x = 0.9/SiO/TiO) had been carried out. Our results revealed that the prepared nanocomposite possessed a high degree of crystallinity, confirmed by XRD, while UV-Vis. recorded an absorption peak at 299 nm. In addition, the prepared nanocomposite possessed BET-surface area of (28.29 ± 0.19 m/g) with narrow pore size distribution. Moreover, it had semi-spherical morphology, high-purity and an average particle size of (19.0 nm). The photocatalytic degradation efficiency was inversely-proportional to chloramine-T initial concentration and directly proportional to the photocatalyst dose. In addition, basic medium (pH 9) was the best suited for chloramine-T degradation. Moreover, UV-irradiation improved the antimicrobial abilities of the prepared nanocomposite against E. coli, B. cereus, and C. tropicalis after 60 min. The observed antimicrobial abilities (high ZOI, low MIC and more efficient antibiofilm capabilities) were unique compared to our previously-reported nanocomposite. Our work offers significant insights into more efficient water treatment and fosters the ongoing efforts looking at how pollutants degrade the water supply and the disinfection of water-borne pathogenic microorganisms.