एक मिट्टी कॉलम के माध्यम से भूतल संशोधित कार्बन नैनोट्यूब का परिवहन
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
ऐसी सूचना प्रौद्योगिकी, ऊर्जा, पर्यावरण विज्ञान, चिकित्सा, मातृभूमि सुरक्षा, खाद्य सुरक्षा, और परिवहन के रूप में उद्योगों में प्रौद्योगिकियों के एक नंबर में सुधार करने के नैनोकणों के विभिन्न प्रकार का उपयोग करता है कि नैनो में हाल ही में विकास के साथ; मिट्टी और भूजल में नैनोकणों के परिवहन और बनाए रखने के एक संपूर्ण समझ जोखिम मूल्यांकन के साथ ही इंजीनियर नैनोकणों 1-3 के पर्यावरण अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) सबसे अधिक उत्पादन कार्बन आधारित नैनोकणों 2,4 में से एक हैं। CNTs आमतौर पर 100 एनएम से नीचे एक व्यास और 50 माइक्रोन के लिए 100 एनएम की रेंज में एक लंबाई के साथ ग्राफीन की लंबी और बेलनाकार रूप होते हैं। वे ऐसे इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी, सौंदर्य प्रसाधन, और जैव चिकित्सा प्रौद्योगिकी (जैसे, मिश्रित सामग्री) 5 के रूप में कई अनुप्रयोगों में उनके उपयोग के त्वरित किया है जो अद्वितीय गुण, कर सकते है। उपयोग में वृद्धि के साथ, यह भी एक बढ़ा R नहीं हैमानव जोखिम और प्रभाव स्वास्थ्य पर और साथ ही CNT और पर्यावरण 5-8 करने के लिए अन्य कार्बन आधारित nanomaterials के निपटान निम्नलिखित प्रतिकूल पारिस्थितिक परिणाम के लिए ISK।
कोई सतह संशोधनों (unfunctionalized) के साथ, CNTs अत्यंत हाइड्रोफोबिक कर रहे हैं और एक जलीय घोल में कुल जाते हैं। Functionalized CNTs, हालांकि, फैलाया और जलीय समाधान में स्थिर है और इस तरह के दवा वितरण 9 के रूप में जैव चिकित्सा प्रयोजनों के लिए उपयोग किया जाता है रह सकते हैं। यहाँ यह CNTs फैलाया और जुटाए, ताकि दवा मानव शरीर 10 के भीतर दिया जा सकता रहना आवश्यक है। दूसरी ओर, पर्यावरण जोखिम को कम करने के लिए, जलवाही स्तर और पीने के पानी के संसाधनों 11 में अपने प्रवेश द्वार से बचने के क्रम में CNTs स्थिर करने के तरीके पर ध्यान केंद्रित अध्ययन के लिए एक की जरूरत है। हाल के अध्ययनों से रहने वाले जीवों पर CNTs की विषाक्त प्रभाव की सूचना दी है और यह भी, के बाद से प्रवेश करने और फूड चेन में जमते CNTs की दृष्टि से पारिस्थितिकी प्रणालियों के लिए जोखिम है5,8 biodegrade को CNTs मेहनत कर रहे हैं। CNTs की बाधाओं के माध्यम से पारित करने के लिए यहां तक कि CNTs युक्त landfills में बाधा सिस्टम के साथ, यह संभव हो सकता है। ऐसे मामलों में CNTs भूजल जलाशयों और सतह जल निकायों में प्रवेश कर सकता है। CNT के निपटान के नियमों को अच्छी तरह से परिभाषित नहीं कर रहे हैं और परिवहन तंत्र खराब समझ रहे हैं, CNTs की गतिशीलता का एक बेहतर समझ बनाने और डिजाइन उचित निपटान प्रणाली 12 के लिए आवश्यक है। इसलिए, यह CNT के प्रतिधारण संशोधित भाग्य और झरझरा मीडिया में CNTs की परिवहन और सतह पर उपसतह वातावरण में सामान्यतः वर्तमान भौतिक और रासायनिक कारकों के प्रभाव का अध्ययन करने और समझने के लिए महत्वपूर्ण है।
अनुसंधान के एक नंबर झरझरा मीडिया में नैनोकणों के परिवहन पर अनाज 17 की दर 16, और सतह गुण प्रवाह, कलेक्टर अनाज आकार 13-15 के प्रभाव के बारे में बाहर किया गया है। Solut के प्रभाव पर हालांकि, व्यवस्थित जांचकलेक्टर सतहों पर संभव बयान पर आयन रसायन शास्त्र (जैसे पीएच और आयनिक शक्ति के रूप में) अभी भी 18-20 सीमित हैं। इसके अतिरिक्त, शारीरिक कारकों, मध्यम के समाधान के रसायन शास्त्र, और कार्बन नैनोट्यूब की सतह के गुणों के संयुक्त प्रभाव अच्छी तरह से समझ और विभिन्न साहित्य में भिन्नता नहीं है। इस अध्ययन में, MWCNTs की सतह संशोधन के लिए एक तैयारी विधि एसिड-साफ क्वार्ट्ज रेत के साथ पैक एक व्यवस्थित प्रयोगशाला पैमाने स्तंभ के साथ प्रदर्शन किया जाएगा संतृप्त झरझरा मीडिया में सतह संशोधित CNTs की परिवहन, प्रतिधारण और remobilization जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
MWCNT functionalization का प्रभाव
चित्रा 2 Functionalized MWCNTs की स्थिरता की पुष्टि के रूप में, MWCNT की eluted मात्रा में मनाया फर्क MWCNTs की सतह के लिए (-COOH) समूहों functionalization की वजह से और carboxyl के अलावा विशेष रूप से की वजह से ?…
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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