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Ingénierie

Une méthode efficace pour le dessalement sélectif des Anions d’iode radioactif à l’aide du filtre à Membrane de nanoparticules-Embedded or

Published: July 13, 2018
doi:
10.3791/58105
, ,
1Advanced Radiation Technology Institute,Korea Atomic Energy Research Institute, 2Department of Chemistry,Kyungpook National University, 3Department of Radiation Biotechnology and Applied Radioisotope Science,University of Science and Technology

Summary

Une méthode efficace pour le dessalement rapide et sélective des ions d’iode radioactif dans plusieurs solutions aqueuses est décrit en utilisant des filtres de membrane immobilisée nanoparticules or d’acétate de cellulose.

Abstract

Ici, nous démontrons un protocole de détail pour la préparation des membranes composites nanomatériaux incorporé et son application à l’élimination efficace et sélectives des iodes radioactifs. En utilisant des nanoparticules d’or citrate-stabilisé (diamètre moyen : 13 nm) et les membranes d’acétate de cellulose, or membranes d’acétate de cellulose NANOPARTICULE incorporé (UA-CAM) ont facilement été fabriquées. Les nano-adsorbants sur UA-CAM ont été extrêmement stables en présence de forte concentration de sels inorganiques et de molécules organiques. Les ions iodure dans des solutions aqueuses pourraient rapidement être capturées par cette membrane machinée. Grâce à un procédé de filtration à l’aide d’une unité de filtration contenant UA-CAM, excellente efficacité (> 99 %) aussi bien que sélectives dessalement résultat a été obtenu en peu de temps. En outre, Au-CAM fourni bonne réutilisation sans diminution significative de ses performances. Ces résultats suggèrent que la technologie actuelle en utilisant la membrane machiné hybride sera un processus prometteur pour la décontamination à grande échelle d’iode radioactif de déchets liquides.

Introduction

Depuis plusieurs décennies, une quantité énorme de déchets liquides radioactifs a été générée par les réacteurs nucléaires, installations de recherche et instituts médicaux. Ces polluants ont souvent été une menace palpable à l’environnement et la santé humaine1,2,3. En particulier, l’iode radioactif est reconnu comme un des éléments plus dangereux des accidents de la centrale nucléaire. Par exemple, un environnement rapport sur la Fukushima et de Tchernobyl réacteur nucléaire ont démontré que la quantité de libérée iodes radioactifs dont 131I (t1/2 = 8,02 jours) et 129je (t1/2 = 15,7 millions d’années) dans l’environnement était plus gros que ceux d’autres radionucléides4,5. En particulier, l’exposition de ces radio-isotopes abouti à haute absorption et enrichissement dans la thyroïde humaine6. En outre, les iodes radioactifs libérés peuvent causer grave contamination des sols, l’eau de mer et l’eau souterraine en raison de leur grande solubilité dans l’eau. Par conséquent, un grand nombre de processus d’assainissement à l’aide de différents adsorbants inorganiques et organiques ont été étudiés pour capturer les iodes radioactifs déchets aqueux7,8,9,10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. bien que des efforts considérables ont été consacrés au développement de systèmes avancés de l’adsorbants, la mise en place d’une méthode de décontamination montrant des performances satisfaisantes sous condition de flux continue était très limité. Récemment, nous avons rapporté un procédé de dessalement roman montrant la bonne efficacité, la sélectivité ionique, durabilité et réutilisabilité en utilisant des matériaux nano-composite hybride de nanoparticule or (AuNPs)21,22 , 23. parmi eux, membranes d’acétate de cellulose de nanoparticules-embedded or (UA-CAM) a facilité le dessalement très efficace des ions iodure sous un système de flux continu, comparé à celles des matériaux adsorbants existants. En outre, l’ensemble de la procédure pourrait être fini en peu de temps, qui était un autre avantage pour le traitement des déchets nucléaires produit de l’utilisation dans des applications médicales et industrielles. L’objectif global de ce manuscrit est de fournir un protocole étape par étape pour la préparation de l’UA-CAM24. Nous démontrons également un procédé de filtration rapide et commode pour la capture sélective des ions d’iode radioactif en utilisant les membranes composites machinés. Le protocole détaillé dans le présent rapport offre une application utile de nanomatériaux dans le domaine de la recherche des sciences de l’environnement.

Protocol

1. synthèse de nanoparticules d’or Citrate-stabilisé Laver un ballon à fond rond deux-cou (250 mL) et une barre magnétique remuer avec eau régale, un mélange d’acide chlorhydrique concentré et acide nitrique concentré dans un ratio de 3:1 volume.ATTENTION : eau régale solution est extrêmement corrosive et peut résulter en l’explosion ou la peau brûle si elle n’est pas maniée avec une extrême prudence. Rincer la verrerie avec de l’eau déminéralisée pour éliminer l’aci…

Representative Results

Nous avons démontré des méthodes simples pour la confection d’UA-CAM à l’aide de stabilisé citrate AuNPs et acétate de cellulose membrane (Figure 1a). La surface d’UA-CAM a été observée par SEM qui a montré que les nanomatériaux ont été incorporés stablement sur les nanofibres de cellulose (Figure 2). Les nanoparticules incarcérés sur la membrane se sont maintenues de façon stable et n’é…

Discussion

Dans les récentes années, divers nanomatériaux et les membranes ont été développés pour éliminer les métaux radioactifs dangereux et les métaux lourds dans l’eau fondé sur leurs fonctionnalités propres à l’adsorption des techniques25,26, 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , <…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par la subvention de recherche de la Fondation de recherche National de Corée (numéro de licence : 2017M2A2A6A01070858).

Materials

Hydrochloric acid DUKSAN 1129
Nitric acid  JUNSEI 37335-1250
Chloroautic chloride trihydrate (HAuCl4·3H2O) Sigma Aldrich 254169
Sodium citrate tribasic dihydrate Sigma Aldrich 71402
[125I]NaI  Perkin-Elmer NEZ033A010MC
Sodium chloride Sigma Aldrich S9888
Sodium iodide Sigma Aldrich 383112
Sodium hydroxide Sigma Aldrich S5881
Lithium L-lactate Sigma Aldrich L2250 Synthetic urine
Citric acid Sigma Aldrich C1909 Synthetic urine
Sodium hydrogen carbonate JUNSEI 43305-1250 Synthetic urine
Urea Sigma Aldrich U1250 Synthetic urine
Calcium chloride JUNSEI 18230-0301 Synthetic urine
Magnesium sulfate SAMCHUN M0146 Synthetic urine
Potassium dihydrogen phosphate JUNSEI 84185A1250 Synthetic urine
Dipotassium hydrogen phosphate JUNSEI 84120-1250 Synthetic urine
Sodium sulfate JUNSEI 83260-1250 Synthetic urine
Ammonium chloride Sigma Aldrich A9434 Synthetic urine
Sea water Sigma Aldrich S9148
1x PBS Thermo SH30256.01
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 25 mm) Advantec MFS 25CS045AS
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 47 mm) Advantec MFS C045A047A
47 mm Glass Microanalysis Holders Advantec MFS KG47(311400)
Petri dish (50 mm diameter ´ 15 mm height) SPL 10050
Gamma counter Perkin-Elmer 2480 WIZARD2 Model number
UV-vis spectrophotometer Thermo GENESYS 10 Model number
Transmission electron microscopy Hitachi H-7650 Model number
Field Emission Scanning electron microscope FEI Verios 460L Model number
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References

  1. Ojovan, M. I. . Handbook of Advanced Radioactive Waste Conditioning Technologies. , (2011).
  2. Abdel Rahman, R. O., Ibrahim, H. A., Hung, Y. -. T. Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review. Water. 3, 551-565 (2011).
  3. Khayet, M., Matsuura, T. Radioactive decontamination of water. Desalination. 321, 1-2 (2013).
  4. McLaughlin, P. D., Jones, B., Maher, M. M. An update on radioactive release and exposures after the Fukushima Dai-ichi nuclear disaster. The British Journal of Radiolog. 85, 1222-1225 (2012).
  5. Chernobyl Forum Expert Group ‘Environment’. Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and their Remediation: Twenty Years of Experience. International Atomic Energy Agency. , (2006).
  6. Hou, X., et al. Iodine-129 in seawater offshore Fukushima: distribution, inorganic speciation, sources, and budget. Environmental Science & Technology. 47, 3091-3098 (2013).
  7. Mu, W., Yu, Q., Li, X., Wei, H., Jian, Y. Adsorption of radioactive iodine on surfactant-modified sodium niobate. RSC Advances. 6, 81719-81725 (2016).
  8. Yang, D., Liu, H., Liu, L., Sarina, S., Zheng, Z., Zhu, H. Silver oxide nanocrystals anchored on titanate nanotubes and nanofibers: promising candidates for entrapment of radioactive iodine anions. Nanoscale. 5, 11011-11018 (2013).
  9. Yang, D., et al. Capture of radioactive cesium and iodide ions from water by using titanate nanofibers and nanotubes. Angewandte Chemie International Edition. 50, 10594-10598 (2011).
  10. Cheng, Q., et al. Adsorption of gaseous radioactive iodine by Ag/13X zeolite at high temperatures. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 303, 1883-1889 (2015).
  11. Bennett, T. D., Saines, P. J., Keen, D. A., -C, T. a. n. J., Cheetham, A. K. Ball-Milling-Induced Amorphization of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) for the Irreversible Trapping of Iodine. Chemistry – A European Journal. 19, 7049-7055 (2013).
  12. Huang, P. S., Kuo, C. H., Hsieh, C. C., Horng, Y. C. Selective capture of volatile iodine using amorphous molecular organic solids. Chemical Communications. 48, 3227-3229 (2012).
  13. Chapman, K. W., Chupas, P. J., Nenoff, T. M. Radioactive Iodine Capture in Silver-Containing Mordenites through Nanoscale Silver Iodide Formation. Journal of the American Chemical Society. 132, 8897-8899 (2010).
  14. Watanabe, Y., et al. Novel Long-Term Immobilization Method for Radioactive Iodine-129 Using a Zeolite/Apatite Composite Sintered Body. ACS Applied Materials & Interfaces. 1, 1579-1584 (2009).
  15. Massasso, G., et al. Molecular iodine adsorption within Hofmann-type structures M(L)[M'(CN)4] (M = Ni, Co; M’ = Ni, Pd, Pt): impact of their composition. Dalton Transactions. 44, 19357-19369 (2015).
  16. Falaise, C., Volkringer, C., Facqueur, J., Bousquet, T., Gasnot, L., Loiseau, T. Capture of iodine in highly stable metal-organic frameworks: a systematic study. Chemical Communications. 49, 10320-10322 (2013).
  17. Sava, D. F., et al. Capture of Volatile Iodine, a Gaseous Fission Product, by Zeolitic Imidazolate Framework-8. Journal of the American Chemical Society. 133, 12398-12401 (2011).
  18. Zhang, Z. J., et al. A new type of polyhedron-based metal-organic frameworks with interpenetrating cationic and anionic nets demonstrating ion exchange, adsorption and luminescent properties. Chemical Communications. 47, 6425-6427 (2011).
  19. Li, G., et al. Highly efficient I2 capture by simple and low-cost deep eutectic solvents. Green Chemistry. 18, 2522-2527 (2016).
  20. Yan, C., Mu, T. Investigation of ionic liquids for efficient removal and reliable storage of radioactive iodine: a halogen-bonding case. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 5071-5075 (2014).
  21. Choi, M. H., et al. Efficient bioremediation of radioactive iodine using biogenic gold nanomaterial-containing radiation-resistant bacterium, Deinococcus radiodurans R1. Chemical Communications. 53, 3937-3940 (2017).
  22. Kim, Y. H., et al. Tumor targeting and imaging using cyclic RGD-PEGylated gold nanoparticle probes with directly conjugated iodine-125. Small. 7, 2052-2060 (2011).
  23. Choi, M. H., et al. Gold-Nanoparticle-Immobilized Desalting Columns for Highly Efficient and Specific Removal of Radioactive Iodine in Aqueous Media. ACS Applied Materials & Interfaces. 8, 29227-29231 (2016).
  24. Mushtaq, S., et al. Efficient and selective removal of radioactive iodine anions using engineered nanocomposite membranes. Environmental Science: Nano. 4, 2157-2163 (2017).
  25. Awual, M. R., Ismael, M. Efficient gold(III) detection, separation and recovery from urban mining waste using a facial conjugate adsorbent. Sensors and Actuators B: Chemical. 196, 457-466 (2014).
  26. Awual, M. R., Hasan, M. M., Naushad, M., Shiwaku, H., Yaita, T. Preparation of new class composite adsorbent for enhanced palladium(II) detection and recovery. Sensors and Actuators B: Chemical. 209, 790-797 (2015).
  27. Awual, M. R., Hasan, M. M. Fine-tuning mesoporous adsorbent for simultaneous ultra-trace palladium(II) detection, separation and recovery. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 21, 507-515 (2015).
  28. Awual, M. R. Ring size dependent crown ether based mesoporous adsorbent for high cesium adsorption from wastewater. Chemical Engineering Journal. 303, 539-546 (2016).
  29. Awual, M. R., Miyazaki, Y., Taguchi, T., Shiwaku, H., Yaita, T. Encapsulation of cesium from contaminated water with highly selective facial organic-inorganic mesoporous hybrid adsorbent. Chemical Engineering Journal. 291, 128-137 (2016).
  30. Awual, M. R., Yaita, T., Taguchi, T., Shiwaku, H., Suzuki, S., Okamoto, Y. Selective cesium removal from radioactive liquid waste by crown ether immobilized new class conjugate adsorbent. Journal of Hazardous Materials. 278, 227-235 (2014).
  31. Awual, M. R., Suzuki, S., Taguchi, T., Shiwaku, H., Okamoto, Y., Yaita, T. Radioactive cesium removal from nuclear wastewater by novel inorganic and conjugate adsorbents. Chemical Engineering Journal. 242, 127-135 (2014).
  32. Awual, M. R., et al. Efficient detection and adsorption of cadmium (II) ions using innovative nano-composite materials. Chemical Engineering Journal. 343, 118-127 (2018).
  33. Awual, M. R. New type mesoporous conjugate material for selective optical copper(II) ions monitoring & removal from polluted waters. Chemical Engineering Journal. 307, 85-94 (2017).
  34. Awual, M. R. Novel nanocomposite materials for efficient and selective mercury ions capturing from wastewater. Chemical Engineering Journal. 307, 456-465 (2017).
  35. Awual, M. R. Solid phase sensitive palladium(II) ions detection and recovery using ligand based efficient conjugate nanomaterials. Chemical Engineering Journal. 300, 264-272 (2016).
  36. Awual, M. R. Assessing of lead(III) capturing from contaminated wastewater using ligand doped conjugate adsorbent. Chemical Engineering Journal. 289, 65-73 (2016).
  37. Awual, M. R. A novel facial composite adsorbent for enhanced copper (II) detection and removal from wastewater. Chemical Engineering Journal. 266, 368-375 (2015).
  38. Kaushik, M., Moores, A. Review: nanocelluloses as versatile supports for metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green Chemistry. 18, 622-637 (2016).
  39. Jang, H., Kim, Y. K., Ryoo, S. R., Kim, M. H., Min, D. H. Facile synthesis of robust and biocompatible gold nanoparticles. Chemical Communication. 46, 583-585 (2010).
  40. Bolisetty, S., Mezzenga, R. Amyloid-carbon hybrid membranes for universal water purification. Nature Nanotechnology. 11, 365-371 (2016).
  41. Zakrzewska-Trznadel, G. Advances in membrane technologies for the treatment of liquid radioactive waste. Desalination. 321, 119-130 (2013).
  42. Rana, D., Matsuura, T., Kassim, M. A., Ismail, A. F. Radioactive decontamination of water by membrane processes – A review. Desalination. 321, 77-92 (2013).

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Citer Cet Article
Shim, H. E., Mushtaq, S., Jeon, J. An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter. J. Vis. Exp. (137), e58105, doi:10.3791/58105 (2018).
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