Abstract

This study presents a low-impact process that uses the synergy of peracetic acid (PAA) and graphene oxide quantum GQDs to degrade poorly biodegradable organic compounds and potentially substitute chlorination in wastewater treatment. The role of GQDs in GQDs/PAA activity and the effect of GQDs loading were examined. The results showed that increasing GQDs loading in the GQDs/PAA system greatly improved the photodegradation efficiency. Conversely, increasing the PAA concentration slightly enhanced efficiency due to few active sites being available. GQDs acted as catalysts and radical scavenging experiments confirmed that the degradation occurred via generation of hydroxyl (•OH) and peroxy (CH₃C(=O)OO•)) radicals. A probable degradation mechanism of the organic dye was presented based on the reaction by-products detected after HPLC-MS studies. The E. coli inactivation mechanism was elucidated by monitoring the morphological changes of E. coli using scanning microscopy. The proposed antimicrobial mechanism includes the initial diffusion of PAA through the cell membrane which caused damage and induced cellular matter leakage, resulting in cell death. Bacterial regrowth studies confirmed GQDs/PAA were able to bypass the natural mechanisms of microorganisms that enables them to repair any damages in their DNA.

摘要

本研究提出了一种低影响工艺，该工艺利用过乙酸 (PAA) 和氧化石墨烯量子 GQD 的协同作用来降解难生物降解的有机化合物，并可能替代废水处理中的氯化。检查了 GQDs 在 GQDs/PAA 活性中的作用以及 GQDs 负载的影响。结果表明，增加 GQDs/PAA 体系中的 GQDs 负载量大大提高了光降解效率。相反，由于可用的活性位点很少，增加 PAA 浓度会略微提高效率。GQDs 作为催化剂，自由基清除实验证实降解是通过生成羟基 (•OH) 和过氧 (CH ₃C(=O)OO•)) 自由基。基于 HPLC-MS 研究后检测到的反应副产物，提出了有机染料可能的降解机制。通过使用扫描显微镜监测大肠杆菌的形态变化，阐明了大肠杆菌的灭活机制。所提出的抗菌机制包括 PAA 通过细胞膜的初始扩散，这会造成损伤并诱导细胞物质泄漏，从而导致细胞死亡。细菌再生研究证实 GQDs/PAA 能够绕过微生物的自然机制，使它们能够修复 DNA 中的任何损伤。

抽象的

本研究提出了一种低影响工艺，该工艺利用过乙酸 (PAA) 和氧化石墨烯量子 GQD 的协同作用来降解难生物降解的有机化合物，并可能替代废水处理中的氯化。检查了 GQDs 在 GQDs/PAA 活性中的作用以及 GQDs 负载的影响。结果表明，增加 GQDs/PAA 体系中的 GQDs 负载量大大提高了光降解效率。相反，由于可用的活性位点很少，增加 PAA 浓度会略微提高效率。GQDs 作为催化剂，自由基清除实验证实降解是通过生成羟基 (•OH) 和过氧 (CH ₃C(=O)OO•)) 自由基。基于 HPLC-MS 研究后检测到的反应副产物，提出了有机染料可能的降解机制。通过使用扫描显微镜监测大肠杆菌的形态变化，阐明了大肠杆菌的灭活机制。所提出的抗菌机制包括 PAA 通过细胞膜的初始扩散，这会造成损伤并诱导细胞物质泄漏，从而导致细胞死亡。细菌再生研究证实 GQDs/PAA 能够绕过微生物的自然机制，使它们能够修复 DNA 中的任何损伤。