토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송
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
정보 기술, 에너지, 환경 과학, 의학, 국토 안보, 식품 안전 및 수송 등의 산업 분야에서 많은 기술을 개선하기 위해 다양한 종류의 나노 입자를 사용하는 나노 기술의 최근 발전과 함께; 토양 및 지하수의 나노 입자의 수송 및 유지에 대한 철저한 이해를 위해 평가뿐만 아니라 나노 입자 설계 1-3의 환경 응용에 중요하다. 탄소 나노 튜브는 대부분의 제조 된 탄소 계 나노 입자 2,4- 중 하나이다. 탄소 나노 튜브는 일반적으로 100 나노 미터 이하의 직경이 50 ㎛ 인 100 nm 범위의 길이를 갖는 그라 펜 길고 원통형이다. 그들은 전자, 광학, 화장품, 생물 의학 기술 (예를 들어, 복합 재료) (5)와 같은 많은 응용 프로그램에서 사용을 가속화 독특한 특성을 보유하고 있습니다. 사용 증가로, 또한 증가 R이인체 노출 및 효과 건강에뿐만 아니라 CNT 및 환경 5-8 다른 탄소 기반 나노 물질 처리 다음과 생태계에 부정적인 영향을 ISK.
지표면 변형 (비관 능화 된)로, 탄소 나노 튜브는 매우 소수성이며 수용액에 응집하는 경향이있다. 기능화 된 탄소 나노 튜브는, 그러나, 분산 수용액에서 안정하고 이러한 약물 전달 9 생물 의학적 용도로 사용된다 남아있을 수있다. 여기에서는 탄소 나노 튜브가 분산 동원 때문에 약물이 인체 (10) 내에 전달 될 수있는 상태로 유지하는 것이 필수적이다. 한편, 환경 위험을 줄이기 위해, 대수층 및 식수 자원 (11)에 그 입구를 방지하기 위해 탄소 나노 튜브를 고정화하는 방법을 중심으로 연구가 필요하다. 최근의 연구는 살아있는 유기체에 탄소 나노 튜브의 독성 효과를보고도 있기 때문에, 입력하고 먹이 사슬에 축적 탄소 나노 튜브의 관점에서 생태계에 위험했다5,8를 생분해 탄소 나노 튜브는 어렵다. 탄소 나노 튜브의 장벽을 통과하기 위해 탄소 나노 튜브를 함유해도 매립 배리어 시스템을 가진 것이 가능할 수있다. 이러한 경우 탄소 나노 튜브는 지하수 저수지 및 표면 수역에 입력 할 수 있습니다. CNT의 폐기 규정이 잘 정의되지 않고 반송기구가 제대로 이해되는 바와 같이, 탄소 나노 튜브의 이동도의 개선 된 이해를 공식화 및 디자인 적절한 폐기 시스템 (12)에 필요하다. 따라서 CNT 보유를 수정 운명과 다공성 매체에서 탄소 나노 튜브의 수송 및 표면에 지하 환경에 일반적으로 존재하는 물리적, 화학적 요인의 효과를 연구하고 이해하는 것이 중요합니다.
다수의 연구는 다공성 매질에서의 나노 입자의 수송에 입자 (17)의 속도 (16), 및 표면 특성, 유동 콜렉터 입경 13-15의 효과에 대해 수행되었다. 오디오 솔루션의 효과에 그러나 체계적인 조사콜렉터 표면 상으로 가능한 증착에 이온 화학 (예 : pH와 이온 강도 등)는 여전히 18 ~ 20를 제한됩니다. 또한, 물리적 요인, 매체의 솔루션 화학, 탄소 나노 튜브의 표면 특성의 결합에 미치는 영향을 잘 이해하고 다른 문헌에서 변화되지 않습니다. 본 연구에서 다중 벽 탄소 나노 튜브의 표면 개질에 대한 제조 방법은, 산 세정 석영 모래를 충전 체계적인 실험실 규모의 컬럼과 함께 설명 될 것이다하는 포화 된 다공성 지지체의 표면 개질 된 탄소 나노 튜브의 반송, 유지 및 재 이동을 조사하기 위해 사용되는 .
Protocol
Representative Results
Discussion
다중 벽 탄소 나노 튜브 기능화의 효과
도 2는 작용 화 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 안정성이 확인 된 바와 같이, MWCNT의 용출 부피에서 관측 된 차이는 다중 벽 탄소 나노 튜브의 표면 (-COOH) 그룹에 의한 작용 및 카르복실기의 첨가 특히 때문이었다 (도 3 및도 4). 유사한 작용 화 공정에서 산소의 존재는 X 선 광전자 분광법에 의해 확인 하…
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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