Trasporto di nanotubi di carbonio modificati superficie attraverso una colonna di terreno
Summary
Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.
Abstract
Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.
Introduction
Con il recente sviluppo nel campo delle nanotecnologie che utilizza vari tipi di nanoparticelle per migliorare una serie di tecnologie in settori quali la tecnologia dell'informazione, l'energia, scienze ambientali, medicina, la sicurezza del territorio, la sicurezza alimentare, e il trasporto; una conoscenza approfondita del trasporto e la conservazione di nanoparticelle nel suolo e nelle acque sotterranee è fondamentale per la valutazione del rischio, nonché applicazioni ambientali di nanoparticelle ingegnerizzate 1-3. I nanotubi di carbonio (CNT) sono una delle nanoparticelle a base di carbonio più prodotte 2,4. CNT sono la forma lunga e cilindrica di grafene con diametro tipicamente inferiore a 100 nm e una lunghezza nell'intervallo di 100 nm a 50 micron. Essi hanno proprietà uniche, che hanno accelerato il loro impiego in molte applicazioni, come l'elettronica, ottica, cosmetici e tecnologie biomediche (ad esempio, materiali compositi) 5. Con maggiore uso, vi è anche un aumento risk di esposizione umana e l'effetto sulla salute e conseguenze negative ecologiche seguenti CNT e altri nanomateriali di carbonio basato disposizione per l'ambiente 5-8.
Senza modificazioni superficiali (unfunctionalized), CNT sono estremamente idrofoba e tendono ad aggregarsi in una soluzione acquosa. CNT funzionalizzati possono, tuttavia, rimangono disperse e stabile in soluzioni acquose e sono utilizzati a fini biomedici, come la consegna della droga 9. Qui è essenziale che i CNT rimangono dispersi e mobilitate, quindi il farmaco possono essere forniti all'interno del corpo umano 10. D'altra parte, per ridurre i rischi ambientali, vi è la necessità per studi focalizzati su come per immobilizzare i CNT per evitare il loro ingresso in falde acquifere e risorse di acqua potabile 11. Recenti studi hanno riportato l'effetto tossico del CNT sugli organismi viventi e dei rischi anche per gli ecosistemi in termini di CNT che entrano e si accumulano nelle catene alimentari, dal momento cheCNT sono difficili da biodegradare 5,8. Anche con sistemi di sbarramento in discariche contenenti CNT, può essere possibile per CNT di passare attraverso le barriere. In questi casi, i CNT potrebbero entrare in bacini idrici sotterranei ei corpi idrici superficiali. Come regolamenti di smaltimento CNT non sono ben definiti e meccanismi di trasporto sono poco conosciuti, una migliore comprensione della mobilità del CNT è necessario formulare e progettare sistemi appropriati di smaltimento 12. Pertanto, è importante studiare e comprendere il destino e trasporto di CNT in mezzi porosi e l'effetto di fattori fisici e chimici comunemente presenti nell'ambiente sottosuolo sulla superficie modificata ritenzione CNT.
Un certo numero di ricerca è stata effettuata sugli effetti della granulometria collettore 13-15, portata 16, e proprietà superficiali dei grani 17 sul trasporto di nanoparticelle nei mezzi porosi. Tuttavia, le indagini sistematiche sugli effetti di soluzioni peion chimica (quali pH e forza ionica) sulla possibile deposizione sulle superfici collettori sono ancora limitate 18-20. Inoltre, l'effetto combinato di fattori fisici, soluzione chimica del mezzo, e proprietà di superficie dei nanotubi di carbonio non è ben compreso e variano in letteratura diversi. In questo studio, un metodo di preparazione per la modifica della superficie di MWCNT sarà dimostrato con una colonna sistematica su scala di laboratorio imballato con acido puliti sabbia di quarzo viene utilizzato per studiare il trasporto, conservazione e rimobilizzazione di CNT-modificato superficiali in mezzi porosi saturi .
Protocol
Representative Results
Discussion
Effetto della funzionalizzazione MWCNT
Come mostra la Figura 2 conferma la stabilità del MWCNT funzionalizzati, la differenza osservata volume eluito di MWCNT era dovuto funzionalizzazione e in particolare per l'aggiunta di carbossile (-COOH) gruppi alla superficie dei MWCNT (Figure 3 e 4). Nel processo di funzionalizzazione simile, la presenza di ossigeno è stata confermata mediante spettroscopia fotoelettronica a rag…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the support from the Department of Earth Sciences, Uppsala University for supporting part of this research.
Materials
| Name of Material/ Equipments | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| MWCNT | Cheap Tubes Inc., USA | sku-03040304 | Purchased as semi-functionlized powder |
| Quartz sand | Sibelco Nordic, Baskarp, Sweden | B44 | Purchased with more than 91% silica sand |
| H2SO4 | VWR | 1.01833.2500 | 95-97% purity |
| HNO3 | VWR | 1.00441.1000 | 70% purity |
| HCl | VWR | 1.00317.2500 | 37-38% purity |
| H2O2 | VWR | 23615.248 | 30% purity |
| NaCl | VWR | 1.06404.0500 | 99.5% purity |
| NaOH | Sigma-Aldrich | S8045-500G | 99.99% pur pellets |
| Ultrasonic Homogenizer | Biologics Inc. Manassas, Virginia | Model 3000, 0-127-0002 | Operated for fix time interval |
| Sonicator (bath) | Kerry Ultrasonic Ltd | 1808 | Common bath sonicator |
| Peristaltic pump | Ismantec, Glattbrugg, Switzerland | ISM931 | Work with tygon tubing in the pump |
| Spectrophotometer | Hach Lange | DR500, LPV408.99.0001 | Operate with manual cuvette as well as automated sampling |
| pH meter | Metrohm | 781 | pH analysis |
| Glass column | Chromaflex | 420830-1510 | Column with adjustable cap |
| Fraction collector | Spectrum Labs Europe | CF-2, 124846 | Fixed at regular interval of time |
| Fraction collector tubes | VWR | 212-9599 | 6 ml volume glass tube |
| Hot plate stir | Thermo Scientific | SP131320-33 | Adjustable tempurature |
| Oven | Elektro Helios | 259 | For oven dry of sand |
| Balance | Mettler Toledo | AE 160 | For accurate weight |
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