改質TiO光触媒によるマイクロシスチン-LRの光分解。A review

Photocatalytic degradation of microcystin-LR by modified TiO photocatalysis: A review.

• Xinghou He
• Anzhi Wang
• Pian Wu
• Shibiao Tang
• Yong Zhang
• Lei Li
• Ping Ding

抄録

マイクロシスチン-LR（MC-LR）は、最も毒性が高く、一般的に遭遇するシアノトキシンであり、有害なシアノバクテリアのブルームによって生成され、人や生態系の健康を脅かす可能性がある。二酸化チタン（TiO）光触媒は注目を集めており、水生生態系のMC-LRを除去するための効率的で環境に優しい有望な解決策として考えられてきた。ここ数十年の間に、MC-LRの分解におけるTiO光触媒の基礎、改質戦略、応用可能性の理解に向けた科学的努力が行われてきた。本論文では、最近の報告をレビューし、可視光、紫外光、太陽光下でのMC-LR光分解のための不均一系TiO系光触媒の開発の進捗状況をまとめた。提案されているTiOの光触媒原理とMC-LRの破壊については、徹底的に議論されている。具体的には、TiOナノ粒子の欠点や性能を改善するための主な修飾方法として、元素ドーピング、半導体カップリング、固定化、浮遊性改善、磁気分離などが取り上げられた。さらに、性能評価指標である量子収率(QY)と功労率(FOM)を用いて、MC-LR分解における異なる光触媒を比較した。最も優れた性能を示したのはN-TiOで、QY及びFOM値は2.20E-07分子/光子及び1.00E-11mol-L/(g-J-h)であった。N-TiOまたはN-TiOベースの材料は、MC-LR分解の観点から、光触媒設計のための優れた選択肢である可能性がある。最後に、このエキサイティングなフロンティアであり、まだ新しい研究領域であるこの分野での残りの課題と新しい傾向についての展望をまとめ、それに応じて対処した。全体的に、本レビューは、改質TiOを用いたMC-LRの光分解を理解するための深い洞察を提供し、関連分野で働く研究者をさらに刺激するものである。

Microcystin-LR (MC-LR), the most toxic and commonly encountered cyanotoxin, is produced by harmful cyanobacterial blooms and potentially threatens human and ecosystems health. Titanium dioxide (TiO) photocatalysis is attracting growing attention and has been considered as an efficient, environmentally friendly and promising solution to eliminate MC-LR in the aquatic ecosystems. Over recent decades, scientific efforts have been directed towards the understanding of fundamentals, modification strategies, and application potentials of TiO photocatalysis in degrading MC-LR. In this article, recent reports have been reviewed and progress has been summarized in the development of heterogeneous TiO-based photocatalysts for MC-LR photodegradation under visible, UV, or solar light. The proposed photocatalytic principles of TiO and destruction of MC-LR have been thoroughly discussed. Specifically, some main modification methods for improving the drawbacks and performance of TiO nanoparticle were highlighted, including element doping, semiconductor coupling, immobilization, floatability amelioration and magnetic separation. Moreover, the performance evaluation metrics quantum yield (QY) and figure of merit (FOM) were used to compare different photocatalysts in MC-LR degradation. The best performance was seen in N-TiO with QY and FOM values of 2.20E-07 molecules/photon and 1.00E-11 mol·L/(g·J·h). N-TiO or N-TiO-based materials may be excellent options for photocatalyst design in terms of MC-LR degradation. Finally, a summary of the remaining challenges and perspectives on new tendencies in this exciting frontier and still an emerging area of research were addressed accordingly. Overall, the present review will offer a deep insight for understanding the photodegradation of MC-LR with modified TiO to further inspire researchers that work in associated fields.

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