Un filtro electroactivo de doble funcionalidad hacia la oxidación y el secuestro simultáneamente sb(III)
Summary
Se informa de un protocolo para el diseño racional de un filtro electroactivo de doble funcionalidad que consiste en nanotubos de carbono y nanohilos de titanato y se presentan sus aplicaciones ambientales hacia la oxidación y el secuestro de Sb(III).
Abstract
Hemos diseñado un método fácil para sintetizar un filtro electroquímico de doble funcionalidad que consta de dos materiales 1-D: nanohilos titanatos y nanotubos de carbono. El filtro híbrido titanate-CNT fue preparado por una sonicación junto con una ruta posterior a la filtración. Debido a los efectos sinérgicos del aumento del número de sitios de sorción expuestos, la reactividad electroquímica, el pequeño tamaño de los poros de la red titanate-CNT junto con un diseño de flujo a través, la oxidación y el secuestro simultáneos de Sb(III) pueden ser fácilmente Logrado. La tecnología del espectrómetro de fluorescencia atómica demostró que el campo eléctrico aplicado acelera la tasa de conversión Sb(III) y el Sb(V) obtenido fue adsorbido eficazmente por los nanohilos de titanato debido a su especificidad Sb. Este protocolo proporciona una solución práctica para la eliminación de Sb(III) altamente tóxicos y otros iones de metales pesados similares.
Introduction
Recientemente, la contaminación ambiental causada por el antimonio emergente (Sb) ha atraído mucha atención1,2. Extensos estudios demuestran que los compuestos Sb representan una alta toxicidad para el ser humano y los microorganismos, aunque están presentes en bajas concentraciones en el medio ambiente3,4. Aún peor, los métodos fisicoquímicos o biológicos convencionales suelen ser ineficaces para eliminar estos contaminantes emergentes debido a sus bajas concentraciones y alta toxicidad5. Las especies más abundantes de Sb son Sb(V) y Sb(III), de las cuales esta última forma es más tóxica.
Entre los métodos de tratamiento actualmente disponibles, la adsorción se cree que es una alternativa prometedora y factible debido a su alta eficiencia, bajo costo, y simplicidad6,7. Hasta ahora, se han desarrollado varios sorbentes a nanoescala con microestructuras ajustables, gran superficie específica y especificidad Sb, como TiO28, MnO29, titanato10,hierro cerovalente11, óxidos de hierro y otros óxidos metálicos binarios12,13. Un problema común cuando se trata de adsorbentes a nanoescala es el problema posterior a la separación debido a su pequeño tamaño de partícula. Una estrategia para abordar este problema es cargar estos nano-sorbentes en soportes macro/microescala14. Otra cuestión difícil que restringe la amplia aplicación de la tecnología de adsorción es el mal transporte masivo causado por la concentración limitada de compuestos/moléculas objetivo15. Esta cuestión puede abordarse parcialmente mediante la adopción de un diseño de membrana y la convención podría mejorar significativamente el transporte masivo. Se han dedicado esfuerzos recientes para desarrollar sistemas de tratamiento avanzados que combinen la adsorción y la oxidación en una sola unidad para la eliminación eficaz de Sb(III). Aquí, mostramos cómo un filtro electroactivo de nanotubo de titanato-carbono (titanate-CNT) fue diseñado y aplicado racionalmente para la adsorción y el secuestro simultáneamente de Sb(III) tóxico. Al ajustar la cantidad de carga del titanato, el voltaje aplicado y el caudal, demostramos cómo la tasa de oxidación Sb(III) y la eficiencia del secuestro se pueden adaptar de forma correspondiente. Aunque la fabricación y aplicación del filtro electroactivo se muestra en este protocolo, diseños similares también pueden aplicarse al tratamiento de otros iones de metales pesados.
Los cambios menores en el proceso de fabricación y los reactivos pueden causar cambios significativos en la morfología y el rendimiento del sistema final. Por ejemplo, se ha demostrado que el tiempo hidrotermal, la temperatura y la pureza química afectan a las microestructuras de estos adsorbentes a nanoescala. El caudal de la solución de adsorbato también determina el tiempo de residencia dentro de un sistema de flujo a través, así como la eficiencia de eliminación de los compuestos objetivo. Con una identificación clara de estos parámetros clave que afectan, se puede asegurar un protocolo de síntesis reproducible y lograr una eficiencia de eliminación estable de Sb(III). Este protocolo tiene como objetivo proporcionar una experiencia detallada en la fabricación de filtros híbridos dual-funcionales, así como sus aplicaciones para la eliminación de iones tóxicos de metales pesados de una manera fluida.
Protocol
Representative Results
Discussion
La clave de esta tecnología es fabricar un filtro híbrido electroactivo conductor y poroso con alta especificidad Sb. Para ello, se debe prestar especial atención al proceso de fabricación. La cantidad de nanohilos de titanato debe controlarse con precisión debido al efecto de “equilibrio” entre la conductividad eléctrica del filtro y la superficie.
Además, también debe tenerse en cuenta que es necesaria una tensión aplicada adecuada. Una vez que el voltaje aplicado es demasiado alto …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de Shanghai, China (No 18ZR1401000), el Programa Pujiang de Shanghai (No 18PJ1400400), y el Programa Nacional De Investigación y Desarrollo Clave de China (No 2018YFF0215703).
Materials
| Atomic fluorescence spectrometer | Ruili Co., Ltd | ||
| Carbon nanotubes (CNT) | TimesNano Co., Ltd | ||
| DC power supply | Dahua Co., Ltd | ||
| Ethanol, 96% | Sinopharm | ||
| Hydrochloric acid, 36% | Sinopharm | Corrosive | |
| L-antimony potassium tartrate | Sigma-Aldrich | Highly toxic | |
| N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 99.5% | Sinopharm | Highly toxic | |
| Potassium hydroxide, 85% | Sinopharm | Corrosive | |
| Peristaltic pump | Ismatec Co., Ltd | ||
| Titanium dioxide powders | Sinopharm |
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