Production bleed water (PBW) was treated with cupric oxide nanoparticles (CuO-NPs) and cellular toxicity was assessed in cultured human cells. The goal of this protocol was to integrate the native environmental sample into a cell culture format assessing the changes in toxicity due to CuO-NP treatment.
Recupero in situ (ISR) è il metodo predominante di estrazione di uranio negli Stati Uniti. Durante ISR, l'uranio è dilavati da una massa minerale e estratto attraverso scambio ionico. L'acqua di spurgo risultante produzione (PBW) contiene contaminanti quali arsenico e altri metalli pesanti. Campioni di PBW da un impianto di uranio ISR attivo sono stati trattati con nanoparticelle di ossido rameico (CuO-NP). Trattamento CuO-NP di pbw ridotto contaminanti prioritari, tra cui l'arsenico, selenio, l'uranio, e vanadio. Assay greggia e CuO-NP trattata PBW stato utilizzato come componente liquida dei terreni di crescita cellulare e cambiamenti di redditività sono stati determinati dalla MTT (3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolio bromuro) in rene umano embrionale (HEK 293) ed il carcinoma epatocellulare umano (Hep G2) cellule. Trattamento CuO-NP è stata associata con una migliore HEK e vitalità cellulare HEP. Limiti di questo metodo includono la diluizione del PBW da componenti multimediali di crescita e durante osmolRegolazione nalità così come la regolazione del pH necessario. Questo metodo è limitato nel suo contesto più ampio a causa di effetti di diluizione e cambiamenti nel pH del PBW che è tradizionalmente leggermente acida tuttavia; questo metodo potrebbe avere un uso più ampio valutare trattamento CuO-NP in acque più neutri.
Circa il 20% della fornitura elettrica degli Stati Uniti è fornito da energia nucleare e, in parte basato su incentivi nazionali per aumentare l'indipendenza energetica, Stati Uniti è previsto capacità nucleare per aumentare 1. Crescita mondiale dell'energia nucleare dovrebbe inoltre continuare, con gran parte della crescita che si verificano al di fuori degli Stati Uniti 2. Dal 2013, l'83% degli Stati Uniti di uranio è stato importato, ma esistono 952.544 tonnellate di riserve negli Stati Uniti 3,4. Nel 2013 ci sono stati 7 nuove applicazioni impianto e applicazioni 14 riavvio / dilatazione tra Wyoming, New Mexico, e Nebraska 5. Negli Stati Uniti, l'uranio viene estratto attraverso prevalentemente recupero in situ (ISR) i procedimenti 6. ISR provoca meno disagi terra ed evita la creazione di cumuli di raccolta degli sterili che possono rilasciare contaminanti ambientali 7. ISR utilizza soluzioni ossidanti a base acquosa per lisciviare uranio dal corpo minerale sotterranea, dopo di che l'uranio viene estratto dal percolato attraversoun processo di scambio ionico 8. Per mantenere un equilibrio idrico negativo nel corpo minerale, una porzione del percolato, chiamato produzione sanguinare acqua (PBW), si spurga off. Una porzione del PBW viene decontaminato mediante osmosi inversa (RO), e reintrodotto nel processo di estrazione, ma PBW potrebbe anche avere usi industriali o agricole benefiche, se contaminanti tossici possono essere ridotti a livelli accettabili determinati dalla statali agenzie normative per superficie e sotterranee 9. Attualmente, la maggior parte delle strutture di uranio ISR usano RO per rimuovere i contaminanti da PBW. Tuttavia, l'elaborazione RO è ad alta intensità energetica e produce salamoia rifiuti tossici, che richiede lo smaltimento regolamentato.
Esistono molti metodi di decontaminazione dell'acqua, tra cui adsorbenti, membrane e scambio ionico. Di questi, l'adsorbimento è il più comunemente usato, ei recenti sviluppi nella sintesi di nanoparticelle ha migliorato le funzionalità di base di adsorbenti acqua decontaminazione processi 10. Oxi Cupricde nanoparticelle (CuO-NP) in precedenza non erano state ampiamente studiate sull'uranio ISR PBW, ma in recenti studi di rimozione dei contaminanti dalle acque sotterranee, CuO-NP sono stati trovati ad avere proprietà uniche, tra cui non richiede fasi di trattamento pre o post-acqua ( ad esempio, la regolazione del pH o potenziale redox) e rendimento in diverse composizioni di acqua (ad esempio, in diversi pH, concentrazioni di sale, o ioni concorrenti) 11. Inoltre, CuO-NP sono facilmente rigenerato mediante esaurimento con idrossido di sodio (NaOH), dopo di che il rigenerato CuO-NP può essere riutilizzato. Dettagli di CuO-NP capacità di filtraggio traccia di metallo dalle acque naturali sono stati precedentemente pubblicati 11-14.
Sebbene utili per il trattamento dell'acqua, nanoparticelle di ossido di metallo possono essere tossiche per gli organismi viventi, ma la misura della tossicità dipende, in parte, sulle caratteristiche nanoparticelle e costituenti 10,15,16. Pertanto, è importante studiare simultaneous contaminanti rimozione e nanoparticelle tossicità prima di applicazioni sul campo. L'attuale studio ha determinato la capacità di CuO-NP per rimuovere i contaminanti prioritari PBW (tra cui l'arsenico, selenio, vanadio e uranio), e ha valutato l'effetto del trattamento CuO-NP su PBW citotossicità.
PBW stato raccolto da una struttura di uranio ISR attivo e utilizzato per determinare l'efficacia del trattamento CuO-NP in rimozione dei contaminanti priorità. PBW citotossicità prima e dopo il trattamento CuO-NP è stato anche valutato. PBW è un complesso geologico miscela (industriale / ambientale) e dal National Institute of Environmental Health and Science (NIEHS) e l'Agenzia per le sostanze tossiche e delle malattie del Registro di sistema (ASTDR) sono ponendo l'accento sullo studio della tossicità di miscele di rilevanza ambientale, comprese le miscele come esistono in natura o industriali impostazioni, così come la promozione di test in vitro per la priorità prodotti chimici per ulteriori test in vivo17-19. Studi di cronica, a basso dosaggio esposizioni miscela sono difficili perché l'esposizione cronica a una miscela di bassa dose non produce effetti evidenti, almeno non nel breve lasso di tempo della maggior parte degli studi di laboratorio. Analogamente, più di studi in vitro di miscele chimiche esporre le cellule ad una miscela laboratorio misura definita di 2 o più metalli 20,21. Questi studi forniscono informazioni di base, ma le miscele semplificate non replicano le complesse interazioni antagoniste e sinergici che possono verificarsi in un campione ambientale natale, dove la gamma completa di componenti della miscela sono presenti.
Gli obiettivi di questo studio erano di esaminare i processi di rimozione dei contaminanti alternative per PBW e per valutare l'effetto di (CuO-NP) trattamento in PBW citotossicità utilizzando cellule umane in coltura. I risultati potrebbero beneficiare l'industria dell'uranio attraverso lo sviluppo di metodi più efficienti o ecologici per la rimozione dei contaminanti. Questo studio forniscela prima evidenza che la riduzione dei contaminanti prioritari PBW da CuO-NP riduce citotossicità in cellule di mammifero 22.
Precedenti studi hanno segnalato che CuO-NP rimosso l'arsenico dalle acque sotterranee 11,13,30,31. Questo studio supporta questi risultati precedenti e anche rapporti che CuO-NP rimuovere i contaminanti aggiuntivi da PBW. Questo studio conferma anche precedenti relazioni che CuO-NP sono efficaci a rimozione dell'arsenico, nonostante la presenza di altri contaminanti e potenziali ioni concorrenti 11. Modellazione speciazione ha previsto che il 97% delle specie di vanadio in PBW sono a caric…
The authors have nothing to disclose.
We thank Dr. Roger Hopper and the Wyoming Department of Agriculture, Analytical Services Lab for the mass spectroscopy analysis of our samples. We would like to express our gratitude to the University of Wyoming, School of Pharmacy for allowing us to video this protocol in their laboratories. We would also like to thank the Theodore O. and Dorothy S. King Endowed Professorship Agreement for their graduate assistantship (SC), the University of Wyoming for the Graduate Assistantship support (JRS), and the Science Posse (NSF GK-12 Project # 084129) for the teaching fellowship (JRS). We would also like to thank Uranium One for allowing us to obtain samples and assisting us with questions. This work was supported by the School of Energy Resources, University of Wyoming.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
CuCl2 | Sigma | 203149 | |
Borosilicate glass balls | VWR | 26396-639 | 6 mm |
Nitric Acid | Fisher | A509-P500 | Trace metal grade |
0.45 mm syringe filter | Fisher | SLHA 033S S | |
10X EMEM | Fisher | BW12-684F | |
Fetal Bovine Serum | ATCC | 30-2020 | |
L-glutamine | Fisher | BP379-100 | |
NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
Penicillin/Streptomycin | ATCC | 30-2300 | |
0.22 mm vacuum filter unit | Fisher | 09-740-28C | |
HEK293 | ATCC | CRL-1573 | |
HEPG2 | ATCC | HB-8065 | |
Trypsin | Sigma | SV3003101 | |
MTT | Sigma | M2128 | |
D-penicillamine | Fisher | ICN15180680 | |
96-well plates | Fisher | 07-200-92 | |
DMSO | Fisher | D12814 | |
Spectra Max 190 | Molecular Devices | ||
Visual MINTEQ version 3.0 | KTH Royal Institute of Technology | ||
ICP-MS | Agilent | Details of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013. | |
IC DIONEX DX 500 | Dionex | Details of instruments, models and detection limits were published in Reddy et al., 2013. | |
VWR Incubator | VWR |