Eine effiziente Methode zur selektiven Entsalzung von radioaktivem Jod Anionen mit Gold-Nanopartikel eingebettet Membranfilter

Summary

Eine effiziente Methode für die schnelle und IONENSELEKTIVE Entsalzung von radioaktivem Jod in mehreren wässrigen Lösungen wird durch Verwendung von gold-Nanopartikeln immobilisiert Cellulose-Acetat-Membranfilter beschrieben.

Abstract

Hier zeigen wir ein Detail-Protokoll für die Herstellung von Nanomaterialien eingebettet Kompositmembranen und seine Anwendung auf eine effiziente und IONENSELEKTIVE Entfernung der radioaktiven Iodines. Durch die Verwendung von Citrat-stabilisierten gold-Nanopartikel (mittlerer Durchmesser: 13 nm) und Cellulose-Acetat Membranen, Gold-Nanopartikel eingebettet Celluloseacetat Membranen (Au-CAM) haben leicht hergestellt. Die Nano-Adsorbentien Au-CAM waren sehr stabil in Anwesenheit von hohen Konzentration von anorganischen Salzen und organischen Molekülen. Die Iodid-Ionen in wässrigen Lösungen konnte schnell durch diese technische Membran erfasst werden. Durch eine Filtration mit Au-CAM mit Filtereinheit, exzellente Entfernung Effizienz (> 99 %) sowie als IONENSELEKTIVE Entsalzung Ergebnis in kurzer Zeit erreicht wurde. Darüber hinaus versehen Au-CAM gute Wiederverwendbarkeit ohne signifikante Abnahme ihrer Leistungen. Diese Ergebnisse vorgeschlagen, dass die heutige Technologie mit veränderter Hybrid-Membran ein vielversprechender Prozess zur großflächigen Dekontamination von radioaktivem Jod aus flüssigen Abfällen werden.

Introduction

Seit mehreren Jahrzehnten ist riesige Menge radioaktiver flüssiger Abfälle von medizinischen Instituten, Forschungseinrichtungen und Kernreaktoren erzeugt worden. Diese Schadstoffe wurden oft eine spürbare Gefahr für Umwelt und menschliche Gesundheit^1,2,3. Radioaktives Jod ist vor allem, als eines der gefährlichsten Elemente aus Atomkraftwerk Unfälle anerkannt. Z. B. ökologischer Bericht über die Fukushima und Tschernobyl Kernreaktor gezeigt, dass die Menge des radioaktiven Iodines einschließlich ¹³¹veröffentlicht ich (t_1/2 = 8,02 Tage) und ¹²⁹ich (t_1/2 = 15,7 Millionen Jahren) für die Umwelt war größer als die anderen Radionuklide^4,5. Die Exposition von diesen Radioisotope führte insbesondere hohe Aufnahme und Anreicherung im menschlichen Schilddrüse⁶. Darüber hinaus können freigesetzten radioaktiven Iodines starken Verschmutzung des Bodens, Meerwasser und Grundwasser aufgrund ihrer hohen Löslichkeit in Wasser verursachen. Daher haben viele Sanierung Prozesse mit verschiedenen anorganischen und organischen Adsorbentien untersucht worden, um radioaktive Iodines wässrige Abfälle^7,8,9,10 zu erfassen ^{, 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20}. Obwohl umfangreiche Anstrengungen für die Entwicklung von fortschrittlichen Adsorbens Systemen gewidmet worden, die Einrichtung einer Dekontamination Methode zeigt zufriedenstellende Leistungen unter kontinuierliche in-Flow-Zustand war sehr begrenzt. Vor kurzem berichteten wir eine neuartige Entsalzungsprozess zeigt gute Entfernung Effizienz, Ion-Selektivität, Nachhaltigkeit und Wiederverwendbarkeit mit Hybrid Nano-Komposit-Materialien aus gold-Nanopartikel (AuNPs)^{21,22 , 23}. darunter, gold-Nanopartikel eingebettet-Cellulose-Acetat Membranen (Au-CAM) erleichtert hocheffiziente Entsalzung von Iodid-Ionen unter einem kontinuierlichen Fluss-System im Vergleich zu den bestehenden Adsorbens Materialien. Darüber hinaus konnte die ganze Prozedur in kurzer Zeit fertig gestellt werden, was ein weiterer Vorteil für die Behandlung von nuklearen Abfällen aus Post-Einsatz in medizinischen und industriellen Anwendungen generiert wurde. Das übergeordnete Ziel dieses Manuskriptes ist eine Schritt für Schritt-Protokoll für die Vorbereitung der Au-CAM²⁴zur Verfügung zu stellen. Wir zeigen auch eine schnelle und bequeme Filtration für IONENSELEKTIVE Aufnahme von radioaktivem Jod mit veränderten Kompositmembranen. Das ausführliche Protokoll in diesem Bericht wird eine nützliche Anwendung von Nanomaterialien im Forschungsbereich environmental Science anbieten.

Protocol

1. Synthese von Citrat-stabilisierten Gold-Nanopartikeln Waschen Sie eine zwei-Hals Rundboden Flasche (250 mL) und eine magnetische Stir Bar mit Königswasser, eine Mischung aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure im Verhältnis 3:1-Volume.Achtung: Königswasser Lösung ist äußerst korrosiv und kann Explosion oder Haut brennt, wenn nicht mit äußerster Vorsicht gehandhabt. Spülen Sie das Glas gründlich mit entionisiertem Wasser, wässrigen Restsäure zu entfernen….

Representative Results

Wir haben einfache Methoden für die Herstellung von Au-CAM mit Citrat-stabilisierten AuNPs und Cellulose-Acetat Membran (Abbildung 1(eine) gezeigt. Die Oberfläche des Au-CAM wurde von SEM beobachtet, die zeigten, dass die Nanomaterialien stabil auf Cellulose-Nanofasern (Abbildung 2) aufgenommen wurden. Die Nanopartikel auf der Membran eingesperrt blieben stabil erhalten und wurden nicht aus der Membran durch ko…

Discussion

In den letzten Jahren wurden verschiedene Nanomaterialien und Membranen entwickelt, um gefährliche radioaktive Metalle und Schwermetalle im Wasser basierend auf ihre spezifische Funktionalität Adsorption Techniken^25,26, zu entfernen ^{27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32<…}

Materials

Hydrochloric acid	DUKSAN	1129
Nitric acid	JUNSEI	37335-1250
Chloroautic chloride trihydrate (HAuCl4·3H2O)	Sigma Aldrich	254169
Sodium citrate tribasic dihydrate	Sigma Aldrich	71402
[125I]NaI	Perkin-Elmer	NEZ033A010MC
Sodium chloride	Sigma Aldrich	S9888
Sodium iodide	Sigma Aldrich	383112
Sodium hydroxide	Sigma Aldrich	S5881
Lithium L-lactate	Sigma Aldrich	L2250	Synthetic urine
Citric acid	Sigma Aldrich	C1909	Synthetic urine
Sodium hydrogen carbonate	JUNSEI	43305-1250	Synthetic urine
Urea	Sigma Aldrich	U1250	Synthetic urine
Calcium chloride	JUNSEI	18230-0301	Synthetic urine
Magnesium sulfate	SAMCHUN	M0146	Synthetic urine
Potassium dihydrogen phosphate	JUNSEI	84185A1250	Synthetic urine
Dipotassium hydrogen phosphate	JUNSEI	84120-1250	Synthetic urine
Sodium sulfate	JUNSEI	83260-1250	Synthetic urine
Ammonium chloride	Sigma Aldrich	A9434	Synthetic urine
Sea water	Sigma Aldrich	S9148
1x PBS	Thermo	SH30256.01
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 25 mm)	Advantec MFS	25CS045AS
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 47 mm)	Advantec MFS	C045A047A
47 mm Glass Microanalysis Holders	Advantec MFS	KG47(311400)
Petri dish (50 mm diameter ´ 15 mm height)	SPL	10050
Gamma counter	Perkin-Elmer	2480 WIZARD2	Model number
UV-vis spectrophotometer	Thermo	GENESYS 10	Model number
Transmission electron microscopy	Hitachi	H-7650	Model number
Field Emission Scanning electron microscope	FEI	Verios 460L	Model number